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JONATHAS BATISTA GONÇALVES SILVA
DESENVOLVIMENTO E AVALIAÇÃO DE UM MÉTODO PARA
RETIRADA DE AMOSTRAS DE SOLO COM ESTRUTURA
INDEFORMADA
Dissertação apresentada à Universidade
Federal de Viçosa, como parte das exigências
do Programa de Pós-Graduação em
Engenharia Agrícola, para obtenção do Título
de Magister Scientiae.
VIÇOSA
MINAS GERAIS – BRASIL
2009
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ÍNDICE
LISTA DE SÍMBOLOS.....................................................................................................i
LISTA DE FIGURAS......................................................................................................iii
LISTA DE TABELAS .....................................................................................................vi
RESUMO.........................................................................................................................ix
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................1
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .....................................................................................4
2.1. Amostras de solo........................................................................................................4
2.2. Amostradores de solo.................................................................................................5
2.3. Transporte de solutos .................................................................................................6
2.4. Fator de retardamento, Coeficiente dispersivo-difusivo e Coeficiente de
distribuição......................................................................................................................10
2.5. Condutividade hidráulica .........................................................................................13
3. MATERIAL E MÉTODOS ........................................................................................15
3.1. Desenvolvimento do amostrador de solo com estrutura indeformada.....................15
3.1.1. Componentes do amostrador de solo com estrutura indeformada ................15
3.1.2 Versões preliminares do amostrador de solo com estrutura indeformada .....20
3.2. Transporte de solutos em colunas de solo................................................................23
3.2.1. Caracterização física e química da área ........................................................23
3.2.2. Amostragem dos solos com estrutura indeformada ......................................25
3.2.3. Amostras de solo destorroado .......................................................................26
3.2.3. Procedimento laboratorial .............................................................................26
3.2.4. Simulações da concentração residente dos solutos .......................................30
3.3. Condutividade Hidráulica ........................................................................................30
3.4. Análise estatística dos dados....................................................................................32
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................33
4.1. Amostrador de solo com estrutura indeformada ......................................................33
4.2. Parâmetros de transporte de solutos no solo ............................................................36
4.2.1. Fluxo e velocidade de escoamento................................................................36
4.2.2. Fator de retardamento (R), coeficiente dispersivo-difusivo (D) e
coeficiente de distribuição (Kd)..............................................................................37
4.3. Concentrações residentes, simuladas, em perfis de 1,0 m de profundidade ............49
4.4. Condutividade hidráulica .........................................................................................51
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4. CONCLUSÃO ............................................................................................................55
5. LITERATURA CITADA............................................................................................56
i
LISTA DE SÍMBOLOS
Símbolo
Descrição Unidade
A -
Área normal à direção do escoamento. L
2
Α
t
-
Área da seção transversal da coluna. L
2
C -
Concentração do soluto na solução do solo. M L
-3
C
e
-
Concentração do soluto nos efluentes. M
L
-3
C
r
-
Concentração residente do soluto no solo. M
L
-3
C
0
-
Concentração dos íons na solução de trabalho. M L
-3
D -
Coeficiente dispersivo-difusivo. L² T
-1
D’ -
Logaritmo na base 10 do coeficiente dispersivo-difusivo. Ads.
D
h
-
Coeficiente de dispersão mecânica.
L
2
T
-1
D
S
-
Coeficiente de difusão no solo L
2
T
-1
D
0
-
Coeficiente de difusão do soluto na solução pura. L
2
T
-1
dC/dx -
Gradiente de concentração. M L
-4
erfc -
Função erro complementar. Ads.
g -
Aceleração da gravidade. L
T
-2
h -
Carga hidráulica. L
j
d
-
Quantidade de massa do soluto transferida, por difusão, por
unidade de tempo.
M T
-1
j
D
-
Quantidade de massa do soluto transferida, por difusão, por
unidade de tempo (em um volume de solo).
M T
-1
j
h
-
Quantidade de massa do soluto transferida, por dispersão,
por unidade de tempo.
M L
-2
T
-1
j
M
-
Quantidade de massa do soluto transferida, por convecção,
por unidade de área e tempo.
M L
-2
T
-1
K -
Condutividade hidráulica do solo em meio saturado na
condição atual.
L
3
L
-2
T
-1
Kd -
Constante de distribuição. L³ M
-1
Ki -
Permeabilidade intrínseca do solo. L
2
K
0
-
Condutividade hidráulica do solo em meio saturado. L
3
L
-2
T
-1
L -
Comprimento da coluna de solo. L
(L
r
/L
e
)
2
-
Fator de tortuosidade. L L
-1
ii
n
Constante empírica com valor próximo a 1. Ads.
n
p
Número de volume de poros. Ads.
P
Número de Peclet. Ads.
pt -
número de alíquotas. Ads.
q -
Fluxo de água. L
3
L
-2
T
-1
,
R -
Fator de retardamento. Ads.
S -
Declividade da curva de efluentes no ponto de inflexão Ads.
t -
Intervalo de tempo para coletar o volume V
e
. T
U -
Concentração adsorvida (massa de soluto por unidade de
solo).
M M
-1
,
υ -
Velocidade média de escoamento no meio poroso. L T
-1
V
a
-
Volume de cada amostra do efluente L
3
V
e
-
Volume de efluente. L
3
υ
α
-
Volume de poros na coluna. L
3
α -
Constante que reúne os efeitos da redução da viscosidade da
água à presença de partículas eletricamente carregadas, da
matriz do solo,
Ads.
β -
Constante representativa do efeito retardador da exclusão
catiônica sobre o escoamento junto às micelas de cargas
variáveis, decorrentes dos aumentos da concentração
catiônica e/ou pH.
Ads.
θ
-
Teor de água no solo.
L
3
L
-3
Φ -
Porosidade total. L
3
L
-3
ρ -
Massa específica do solo do. M
L
-3
ρ
a
-
Massa específica da água M
L
-3
η -
Viscosidade dinâmica do fluído. L
-1
T
-1
η
20
-
Viscosidade dinâmica da água à 20º C. L
-1
T
-1
λ
m
-
Comprimento de micro-capilares. L
λ
c
-
Comprimento de macro-capilares. L
λ -
Dispersividade. L
iii
LISTA DE FIGURAS
Figura
Descrição Página
Figura 1 -
Mecanismos que contribuem para a dispersão mecânica dos
solutos no solo: (a) a velocidade de escoamento dentro de um
poro ser maior no centro deste; (b) a diferentes velocidades de
escoamento devido a diferença de tamanho dos poros; (c) as
linhas de corrente podem possuir direções diferentes da direção
predominante do escoamento no meio poroso ; e (d) a solução,
juntamente com o soluto convergir ou divergir para algum poro
(LEIJ e van GENUCHTEN,
2000)............................................................................................. 11
Figura 2 -
Modelos de adsorção isotérmica linear, de Freundlich e de
Langmuir....................................................................................... 15
Figura 3 -
Dimensões e materiais utilizados na confecção do suporte de
fixação do solo.............................................................................. 18
Figura 4 -
Suporte de fixação no solo............................................................ 19
Figura 5 -
Dimensões e materiais utilizados na confecção da
braçadeira......................................................................................
20
Figura 6 -
Braçadeira..................................................................................... 21
Figura 7 -
Parte fixa do amostrador de solo com estrutura............................ 22
Figura 8 -
Parte móvel do amostrador............................................................
22
Figura 9 -
Dentes feitos extremidade inferior do tubo de inox de 120 mm
de diâmetro.................................................................................... 23
Figura 10 -
Primeira versão desenvolvida do amostrador de solo com
estrutura.........................................................................................
24
Figura 11 -
Segunda versão do amostrador de solo com estrutura
desenvolvido.................................................................................
25
Figura 12 -
Área utilizada para realização dos testes do método de retirada
de amostras desenvolvido.............................................................
26
Figura 13 -
Coluna de solo com a espuma de poliuretano após 24 horas de
aplicação .......................................................................................
30
Figura 14 -
Permeâmetros montados a partir de amostras destorroadas (a) e
iv
amostras com estrutura indeformada
(b)..................................................................................................
31
Figura 15 -
Permeâmetros montados para determinação da condutividade
hidráulica....................................................................................... 34
Figura 16 -
Versão final do amostrador de solo com estrutura........................ 36
Figura 17 -
Amostrador em operação durante a retirada de uma amostra....... 36
Figura 18 -
a) Escavação realizada com o monólito ao centro; b) coluna de
solo após uma preparação prévia, com um diâmetro
ligeiramente superior ao do elemento cortante do
amostrador..................................................................................... 37
Figura 19 -
a - o suporte de fixação no solo e os tubos de aço galvanizado
após serem cravados no solo; b - o suporte de fixação no solo,
os tubos de aço galvanizado e a braçadeira................................... 37
Figura 20 -
Parte móvel encaixada na parte fixa do amostrador em operação
durante a retirada de uma amostra................................................
38
Figura 21 -
Espaço entre a amostra e parede interna do tubo de inox............. 38
Figura 22 -
a) amostra ao centro da escavação após a parte móvel do
amostrador ser retirada; b,c) amostra de solo sendo
impermeabilizada; c) amostra de solo após ser
impermeabilizada, pronta para ser levada ao laboratório..............
39
Figura 23 -
Curvas de efluente dos íons de potássio e magnésio (PVAe). -
Amostras com estrutura indeformada: (a) efluente de potássio;
(b) efluentes de magnésio. - Amostras destorroadas: (c) efluente
de potássio; (d) de efluentes de
magnésio.........................................................
40
Figura 24 -
Curvas de efluente dos íons potássio e magnésio (LVAd). -
Amostras com estrutura indeformada: (a) efluente de potássio;
(b) efluentes de magnésio. - Amostras destorroadas: (c) efluente
de potássio; (d) de efluentes de
magnésio......................................................... 45
Figura 25 -
Concentrações residente dos íons em perfil de 1,00 m de
profundidade de um Argissolo, após 1:00 e 5:00 horas de
aplicação da solução de trabalho: (a) potássio; e (b)
v
magnésio....................................................................................... 51
Figura 26 -
Concentrações residente dos íons em perfil de 100 cm de
profundidade de um Argissolo após 1:00 e 5:00 horas de
aplicação da solução de trabalho: (a) potássio; e (b)
magnésio.......................................................................................
51
vi
LISTA DE TABELAS
Tabela
Descrição Página
Tabela 1 -
Classes de amostras de solo e descrição........................................
7
Tabela 2 -
Valores de condutividade hidráulica (Ks), porosidade total (Φ),
comprimento de micro-capilares (λ
m
) e comprimento de macro-
capilares (λ
c
) de solos de diversas texturas................................... 17
Tabela 3 -
Caracterização física e química do Latossolo Vermelho
Amarelo distrófico (LVAd) e um Argissolo Vermelho Amarelo
eutrófico (PVAe)........................................................................... 27
Tabela 4 -
Caracterização físico-química do Latossolo Vermelho Amarelo
Distrófico (LVAd) e do Argissolo Vermelho Amarelo eutrófico
(PVAe)...........................................................................................
28
Tabela 5 -
Valores de fluxo e de velocidade de escoamento da solução de
trabalho obtidos para o Argissolo Vermelho Amarelo eutrófico
(PVAe) e o Latossolo Vermelho Amarelo distrófico
(LVAd)..........................................................................................
39
Tabela 6 -
Valores do fator de retardamento (R), do coeficiente dispersivo-
difusivo (D) e do coeficiente de distribuição (Kd), obtidos para
o íon potássio a partir de amostras com estrutura indeformada e
amostras destorroadas do Argissolo Vermelho Amarelo
eutrófico
(PVAe)...........................................................................................
42
Tabela 7 -
Valores do fator de retardamento (R), do coeficiente dispersivo-
difusivo (D) e do coeficiente de distribuição (Kd), obtidos para
o íon magnésio a partir de amostras com estrutura indeformada
e amostras destorroadas do Argissolo Vermelho Amarelo
eutrófico
(PVAe)...........................................................................................
42
Tabela 8 -
Valores médios obtidos de dispersividade dos íons potássio e
magnésio, em amostras com estrutura indeformada e
destorroadas no Argissolo
(PVAe)...........................................................................................
43
vii
Tabela 9 -
Valores do fator de retardamento (R), do coeficiente dispersivo-
difusivo (D) e do coeficiente de distribuição (Kd), obtidos para
o íon potássio a partir de amostras com estrutura indeformada e
amostras destorroadas do Latossolo Vermelho Amarelo
(LVAd)..........................................................................................
46
Tabela 10 -
Valores do fator de retardamento (R), do coeficiente dispersivo-
difusivo (D) e do coeficiente de distribuição (Kd), obtidos para
o íon magnésio a partir de amostras com estrutura indeformada
e amostras destorroadas do Latossolo Vermelho Amarelo
(LVAd).......................................................................................... 46
Tabela 11 -
Valores médios obtidos de dispersividade (λ), para os íons
potássio e magnésio, em amostras com estrutura indeformada e
destorroadas do Latossolo Vermelho Amarelo distrófico
(LVAd).......................................................................................... 47
Tabela 12 -
Análise de variância do fator de retardamento (R), coeficiente
de distribuição (Kd) e do coeficiente dispersivo-difusivo
transformado (D’) do íon potássio, obtidas a partir de amostras
com estrutura indeformada e amostras destorroadas do
Argissolo Vermelho Amarelo eutrófico (PVAe) e do Latossolo
Vermelho Amarelo distrófico
(LVAd).......................................................................... 48
Tabela 13 -
Teste de Tukey a 5 % de significância das médias do fator de
retardamento (R), coeficiente de distribuição (Kd) e do
coeficiente dispersivo-difusivo transformado (D’) do íon
potássio, obtidas a partir de amostras com estrutura indeformada
e amostras destorroadas do Argissolo Vermelho Amarelo
eutrófico (PVAe) e do Latossolo Vermelho Amarelo distrófico
(LVAd).......................................................................................... 49
Tabela 14 -
Análise de variância do fator de retardamento (R), coeficiente
de distribuição (Kd) e do coeficiente dispersivo-difusivo
transformado (D’) do íon magnésio, obtidas a partir de amostras
com estrutura indeformada e amostras destorroadas do
Argissolo Vermelho Amarelo eutrófico (PVAe) e do Latossolo
viii
Vermelho Amarelo distrófico
(LVAd)..........................................................................................
49
Tabela 15 -
Teste de Tukey a 5 % do fator de retardamento (R), coeficiente
de distribuição (Kd) e do coeficiente dispersivo-difusivo
transformado (D’) do íon magnésio, obtidas a partir de amostras
com estrutura indeformada e amostras destorroadas do
Argissolo Vermelho Amarelo eutrófico (PVAe) e do Latossolo
Vermelho Amarelo distrófico
(LVAd)..........................................................................................
50
Tabela 16 -
Valores obtidos de condutividade hidráulica a partir de amostras
retiradas utilizando o método desenvolvido (M1), amostras
destorroadas (M2) e amostras coletadas com o amostrador de
Uhland (M3) do Argissolo Vermelho Amarelo eutrófico
(PVAe)...........................................................................................
53
Tabela 17 -
Valores obtidos de condutividade hidráulica a partir de amostras
retiradas utilizando o método desenvolvido (M1), amostras
destorroadas (M2) e amostras coletadas com o amostrador de
Uhland (M3) do Latossolo Vermelho Amarelo distrófico
(LVAd).......................................................................................... 53
Tabela 18 -
Análise de variância da condutividade hidráulica obtidas a partir
de amostras retiradas utilizando o método desenvolvido (M1),
amostras destorroadas (M2) e amostras coletadas com o
amostrador de Uhland (M3) do Argissolo Vermelho Amarelo
eutrófico (PVAe) e do Latossolo Vermelho Amarelo distrófico
(LVAd).......................................................................................... 54
Tabela 19 -
Teste Tukey a 5 % de significância das médias de condutividade
hidráulica obtidas a partir de amostras retiradas utilizando o
método desenvolvido (M1), amostras destorroadas (M2) e
amostras coletadas com o amostrador de Uhland
(M3)............................................................................................... 55
ix
RESUMO
SILVA, Jonathas Batista Gonçalves, M.S., Universidade Federal de Viçosa,
Fevereiro de 2009. Desenvolvimento e avaliação de um método para a
retirada de amostras indeformadas de solo. Orientador: Paulo Afonso
Ferreira. Conselheiros: Antonio Teixeira de Matos e Paulo Roberto Cecon.
O sucesso na aplicação dos modelos físico-matemáticos, que descrevem o
movimento e a concentração residente de solutos no solo, depende do grau de
confiabilidade dos parâmetros de transporte envolvidos. O processo de amostragem
do solo constitui-se em maior preocupação na obtenção destes parâmetros em
colunas de solo. Parâmetros de entrada em modelos matemáticos que descrevem o
movimento e a concentração residente de solutos no solo, com vistas às simulações
em condições de campo, devem ser obtidos em amostras de solo com estrutura
inalterada. Diante disso, objetivou-se neste trabalho desenvolver um método eficaz,
prático e de baixo custo de amostragem de solo, mantendo-se a estrutura natural da
amostra inalterada; comparar os valores de condutividade hidráulica e dos
parâmetros de transporte dos íons potássio e magnésio obtidos de amostras retiradas
com o método desenvolvido, com amostras retiradas com o amostrador de Uhland e
destorroadas; e simular a distribuição de concentrações residentes dos íons potássio e
magnésio em perfis do Argissolo e Latossolo, empregando o programa
computacional Disp. O amostrador desenvolvido constitui-se de parte fixa e móvel.
A parte fixa é composta por um suporte de fixação no solo e de um tubo guia provido
de braçadeira, enquanto a parte móvel constitui-se de um segmento de tubo de aço
inox tendo em uma de suas extremidades alavanca de acionamento e a outra provida
de dentes à semelhança de serrote. As amostras de solo foram coletadas em um
Argissolo Vermelho Amarelo eutrófico (PVAe) e em um Latossolo Vermelho-
Amarelo Distrófico (LVAd), no município de Viçosa, MG. Na coleta de amostras
com estrutura indeformada foram utilizados o método desenvolvido e o amostrador
de Uhland. A coleta das amostras de solo destorroado foi realizada simultaneamente
à coleta com estrutura, utilizando-se parte do material oriundo do talhamento da
coluna de solo. As amostras de solo foram levadas ao Laboratório, onde foram
preparadas e montadas em permeâmetros para determinação de dados da curva de
x
efluente de potássio e magnésio. Os valores dos fatores de retardamento (R),
coeficiente dispersivo-difusivo (D) e dos coeficientes de distribuição (Kd) foram
calculados utilizando-se o programa computacional Disp. Os parâmetros de
mobilidade dos íons e de condutividade hidráulica foram submetidos à análise de
variância e as médias comparadas utilizando-se o teste de Tukey, a 5 % de
significância. Utilizando-se de ferramenta do programa computacional Disp foram
realizadas simulações da concentração residente dos íons potássio e magnésio em
função da profundidade no perfil dos solos e tempo de aplicação da solução de
potássio e magnésio. Os valores obtidos para o fator de retardamento, coeficiente
dispersivo-difusivo e coeficiente de distribuição a partir de amostras com estrutura
indeformada diferiram a 1 % de significância daqueles obtidos de amostras de solo
destorroado, em ambos os solos. As médias dos parâmetros de mobilidade de solutos
no solo (R, D e Kd) obtidos a partir de amostras com estrutura indeformada
diferiram, pelo Teste de Tukey a 5% de significância, daquelas obtidas a partir de
amostras destorroadas nos dois tipos solos, exceto para o coeficiente dipsersivo-
difusivo transformado (D’) para o íon magnésio no LVAd. As concentrações
residentes foram sensivelmente maiores quando as simulações eram realizadas a
partir dos parâmetros obtidos de amostras com estrutura indeformada. Os valores de
condutividade hidráulica em meio saturado, dos solos PVAe e LVAd, obtidos a partir
de amostras retiradas com o método desenvolvido, amostrador de Uhland e amostras
destorroadas diferiram a 1 % de significância entre si. As médias da condutividade
hidráulica dos solos, obtidas com o método desenvolvido, diferiram
significativamente daquelas obtidas em amostras retiradas pelo amostrador de
Uhland e das amostras destorroadas pelo Teste de Tukey a 5 % de significância,
enquanto as médias obtidas de amostras retiradas com o amostrador de Uhland e de
amostras destorroadas, não diferiram entre si.
1
1. INTRODUÇÃO
Modelos físico-matemáticos resultantes das soluções de equação diferencial
de transporte de solutos no solo, quando ajustados a dados experimentais oriundos de
ensaios de lixiviação ou de eluição em colunas de solo, em laboratório e em campo,
constituem ferramenta importante, por possibilitarem a caracterização da mobilidade
de solutos no solo com base na dispersão, difusão e retardamento dos íons em relação
ao avanço da interface entre o fluído deslocador e o deslocado no perfil do solo
(FERREIRA, 2007).
No entanto, o sucesso na aplicação dos modelos físico-matemáticos, que
descrevem o movimento e a concentração residente de solutos no solo, depende do
grau de confiabilidade dos parâmetros de transporte envolvidos. Parâmetros como o
fator de retardamento, o coeficiente dispersivo-difusivo e o coeficiente de
distribuição, os quais expressam a capacidade de um soluto em se mover no solo,
devem ser determinados com a maior exatidão possível (VAN GENUTCHEN &
WIERENGA, 1986).
Outro importante parâmetro no estudo de transporte de solutos no solo é a
condutividade hidráulica. De acordo com RADCLIFFE e RASMUSSEN (2000), a
condutividade hidráulica é o parâmetro mais importante ao se descrever o fluxo de
água em solo saturado, sendo dependente apenas das características físicas do fluído
e do solo.
De acordo com OLIVEIRA et al. (2000), o processo de amostragem do solo
constitui-se na maior preocupação na obtenção destes parâmetros em colunas de
solo.
Na determinação de características químicas e de algumas propriedades
físicas como teor de água, granulometria, massa específica de partículas, entre outras,
é possível utilizar amostras deformadas. Todavia, quando o interesse são as
propriedades cujo valor é altamente influenciado pala estrutura do solo como a
condutividade hidráulica, os parâmetros de transporte de solutos, porosidade total,
micro e a macro porosidade é recomendável manter as condições do solo “in situ”
inalteradas, principalmente a sua estrutura.
Parâmetros de transporte de solutos no solo não devem ser determinados com
dados de entrada oriundos de amostras com estrutura indeformada, quando o
2
interesse for usá-los em modelos matemáticos para simular o movimento e a
concentração residente de solutos no solo, nas simulações para condições de campo.
Mesmo assim, a maioria dos trabalhos é realizada com amostras de solo destorroado,
o que impede de se fazer inferências, em termos de valores absolutos, nas condições
de campo. De acordo com FERREIRA (2007), o arranjo geométrico das partículas
que constituem a matriz do solo está diretamente relacionado com o espalhamento ou
a dispersão do soluto que é resultante dos desvios entre as velocidades de suas
partículas, dentro das linhas de corrente, em relação à velocidade média do
escoamento.
Solo com estrutura natural pode conter caminhos preferenciais para a água e
os sais nela dissolvidos, que influenciam as características do processo de transporte
de solutos. Em amostras com estrutura indeformada, a dispersão e difusão do soluto
são mais evidentes ao longo da coluna de solo, comparativamente às amostras
destorroadas (JURY et al., 1991).
ROSSI et al. (2007), comparando valores obtidos para os parâmetros de
transporte do íon nitrato, determinados utilizando-se amostras de solo com estrutura
e destorroadas, afirmaram que os dados obtidos com amostras destorroadas não
foram representativos para nenhum dos parâmetros de transporte do íon nitrato,
confirmando ser recomendável usar amostras com estrutura inalterada.
No entanto, um dos métodos tradicionais de retirada de amostras com
estrutura indeformada, que utiliza amostradores de anel (amostrador de Uhland), ao
ser cravado por percussão no solo proporciona deformações na estrutura do cilindro
amostrado, principalmente, por compactação, tornando os resultados dos testes
questionáveis. Alternativas vêem sendo desenvolvidas na tentativa de contornar os
problemas na amostragem de solo. A avaliação de vários procedimentos de
amostragem de solo, como a casualização dos pontos a serem amostrados, número de
amostras, transporte e armazenamento destas, bem como o desempenho de certos
amostradores, tem sido realizada por diversos autores (SQUIRE et. al, 2000; de
ZORZI et al., 2008a; de ZORZI et al., 2008b; van der PERK et al., 2008).
OLIVEIRA et al. (2000) desenvolveram um método alternativo para retirar
amostras de solo com estrutura indeformada objetivando reduzir as alterações em sua
estrutura. Os autores observaram menores incidências de erros experimentais na
determinação da condutividade hidráulica e dos parâmetros da equação do transporte
de solutos no solo como o fator de retardamento e coeficiente dispersivo-difusivo,
3
em razão da baixa variabilidade dos dados. TEIXEIRA (1998) desenvolveu um
Veículo Amostrador de Solo (VAS) capaz de retirar amostras de solo com estrutura
indeformada de diâmetro igual a 75 mm e comprimento igual a 0,60 m. O
equipamento desenvolvido mostrou-se adequado para o fim que foi projetado. No
entanto, existem limitações no emprego do VAS, principalmente por ser um
equipamento oneroso e pela dificuldade de utilização em terrenos de difícil acesso.
Diante do exposto, objetivou-se com este trabalho:
- desenvolver um método prático e de baixo custo de amostragem de solo
mantendo-se a estrutura natural da amostra inalterada;
- comparar os valores de condutividade hidráulica e dos parâmetros de
transporte dos íons potássio e magnésio, obtidos em amostras de um Argissolo
Vermelho-Amarelo eutrófico e um Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico retiradas
com o método desenvolvido, o amostrador de Uhland e destorroadas;
- simular a distribuição de concentrações residentes dos íons potássio e
magnésio em perfis do Argissolo e Latossolo, empregando o programa
computacional Disp, o qual ajusta soluções matemáticas da equação diferencial de
transporte de solutos no solo a dados experimentais.
.
4
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. Amostras de solo
Ao caracterizar um solo é, frequentemente, imprescindível a retirada de
amostras. Essas amostras devem ser as mais representativas possível do material
original ou da área a ser caracterizada. De acordo com o objetivo em estudo, as
amostras de solo podem ser obtidas por diferentes métodos de amostragem. Porém,
ao se efetuar a retirada da amostra do solo pode haver deformação, a não ser que
precauções sejam tomadas. Desta forma, as amostras podem apresentar-se com
diferentes graus de alterações, o que possibilita sua divisão em cinco classes
(TEIXEIRAS, 1998). As amostras pertencentes à classe 1 são ditas indeformadas
relativamente à sua estrutura, ou pouco alterada e as demais classes são consideradas
deformadas (Tabela 1).
Tabela 1 - Classes de amostras de solo e descrição (adaptado de TEIXEIRAS, 1998)
Classes Descrição
1
Sem distorção e alteração do volume, preservando as características
de resistência;
2
Com teor de água e compacidade inalteradas, mas com características
de resistência alteradas;
3
Com o teor de água e a composição granulométrica inalteradas, mas
sem a massa específica do solo original;
4
Com a composição granulométrica inalterada, mas com o teor de
água e a massa específica do solo alterado;
5
Com alterações até na composição granulométrica (devido a mistura
de horizontes).
5
2.2. Amostradores de solo
No que se refere às amostras com estrutura indeformada, os métodos mais
utilizados para retirada das amostras são os amostradores e a caixa metálica, também
conhecida como método do bloco parafinado (TEIXEIRA, 1998).
Os amostradores mais utilizados são os tubulares, isso porque, de acordo com
CETESB (1999), são instrumentos versáteis na amostragem de solo, podendo ser
utilizados em amostragens realizadas tanto junto à superfície quanto em
profundidades maiores. Possibilitam a retirada de amostras relativamente inalterada,
mantendo suas características físicas e químicas originais. Podem ser manuais ou
mecanizados, utilizando-se de percussão (elétrico, combustível ou manual) ou
pressão (hidráulico) para se realizar a amostragem. Dentre os amostradores tubulares
destacam-se: amostrador de Uhland; amostrador tipo Shelby; amostrador tipo DER e;
amostrador tipo S.P.T. (amostrador Standart Penetration Test).
No uso de amostradores tubulares de paredes finas, para obtenção de
amostras por meio da cravação, as causas mais comuns de perturbação das amostras,
de acordo com LA ROCHELLE el al. (1981), são:
- alteração no solo a ser amostrado antes do início da amostragem, em razão
de problemas de má preparação da área;
- distorção mecânica (principalmente compactação) das amostras durante a
cravação do amostrador;
- distorção mecânica, combinada com efeitos de sucção, durante a retirada do
amostrador; e
- eliminação do estado de tensão em que as amostras se encontravam no solo.
Os diâmetros dessa classe de amostradores podem variar de 57 mm a 200
mm. Os amostradores de diâmetros maiores são reservados para casos especiais,
sendo 75 mm tido como o mínimo aceitável para testes de rotina (LA ROCHELLE el
al., 1981).
Com o objetivo de facilitar a retenção da amostra no interior do amostrador,
após a amostragem, e diminuir o atrito entre esta e as paredes internas do mesmo, é
recomendado uma folga de, no máximo, 1,5 % do diâmetro interno em relação ao
diâmetro do corte (TEIXEIRAS, 1998). Quanto ao material, os anéis amostradores
6
devem ser fabricados em aço inoxidável ou latão, a fim de minimizar a oxidação do
material do amostrador, impedir a adesão do solo às paredes do amostrador e facilitar
a remoção da amostra, sem causar distúrbios (TEIXEIRA, 1998).
2.3. Transporte de solutos
A água ao movimentar-se no solo consigo leva os solutos, sendo que uma
parte destes poderá ser adsorvida ao complexo coloidal, parte poderá ser absorvida
pelas plantas e parte poderá ser precipitada. Entretanto, o movimento dos solutos no
solo não acontece apenas em decorrência do deslocamento da água; eles podem,
também, se difundir na água, em resposta a gradientes de concentração
(WOLSCHICK, 2004). Essas interações envolvem características químicas,
mineralógicas e físicas do solo e podem ser influenciadas por uma série de fatores,
como a acidez, temperatura, potencial de oxi-redução e composição da solução do
solo (PREVEDELLO, 1996).
O deslocamento de solutos no solo se dá em decorrência de três processos:
convecção ou fluxo de massa, difusão e dispersão (FERREIRA, 2007).
O transporte convectivo, também denominado de fluxo de massa, refere-se ao
escoamento passivo de um soluto juntamente com a água do solo, ou seja, a água e o
soluto nela dissolvido movem à mesma velocidade (FERREIRA, 2007). Esse
movimento é expresso pela equação:
Cqj
M
⋅=
(1)
Em que,
j
M
- quantidade de massa do soluto transferida, por convecção, por unidade de
área e tempo, M L
-2
T
-1
;
q - fluxo de água, L
3
L
-2
T
-1
;
C - concentração do soluto na solução do solo, M L
-3
.
De acordo com AZEVEDO et al. (2005), o transporte convectivo é o
principal mecanismo de movimentação dos contaminantes no solo e pode variar em
função da condutividade hidráulica nesse meio.
7
O transporte difusivo é um processo espontâneo, que resulta do movimento
térmico aleatório e de repetidas colisões e deflexões dos íons e moléculas na fase
líquida do solo (HILLEL, 1980). Decorre da diferença de concentração entre pontos
na solução do solo, ou seja, o movimento se dá de pontos de concentrações mais altas
para aqueles de concentrações mais baixas (FERREIRA, 2007).
Macroscopicamente, a taxa média de escoamento das partículas de um soluto
em um meio aquoso uniforme é proporcional ao gradiente de concentração e à área
normal à direção do escoamento e, conforme a primeira lei de Fick,
dx
dC
ADj
d
⋅⋅−=
0
(2)
Em que,
j
d
- quantidade de massa do soluto transferida, por difusão, por unidade de
tempo, M T
-1
;
D
0
- coeficiente de difusão do soluto na solução pura,
L
2
T
-1
;
A - área normal à direção do escoamento, L
2
;
dC/dx
- gradiente de concentração, M L
-4
.
Escrevendo a Equação 3 para um determinado volume de solo, por unidade
de área, e tendo em vista que a concentração (C) refere-se à fase líquida, apenas,
obtém-se,
dx
dC
Dj
sD
⋅⋅−=
θ
(3)
em que j
D
é a quantidade de massa do soluto transferida, por difusão, por unidade de
área e de tempo, M L
-2
T
-1
. O coeficiente de difusão no solo (D
S
) é menor que seu
equivalente na solução pura (D
0
) e θ é o teor de água no solo, L
3
L
-3
, base
volumétrica.
Segundo LEIJ e VAN GENUCHTEN (2000), a passagem nos poros do solo é
tão tortuosa que o comprimento do caminho da difusão é significativamente maior
que a aparente linha reta a ser percorrida pelo soluto. Logo, a relação entre D
S
e D
0
pode ser indicada pela seguinte expressão,
8
0
2
D
L
L
D
e
r
s
⋅⋅⋅
=
βα
(4)
Em que,
(L
r
/L
e
)
2
- fator de tortuosidade, L L
-1
;
α - constante que reúne os efeitos da redução da viscosidade da água na
presença de partículas eletricamente carregadas da matriz do solo;
β - constante representativa do efeito retardador da exclusão catiônica
sobre o escoamento junto às micelas de cargas variáveis, decorrente
do aumento da concentração catiônica e/ou pH do meio.
O transporte dispersivo é um processo passivo que, diferentemente da
difusão, só ocorre quando a solução do solo se movimenta, razão pela qual o termo
dispersão mecânica é freqüentemente empregado para descrever a mistura
proporcionada pelo fluxo de massa (FERREIRA, 2007).
A dispersão resulta do fato de as velocidades de escoamento dentro de poros
individuais, decorrentes da viscosidade da água, e entre poros de diferentes tamanhos
e formas, desviarem-se da velocidade média do escoamento no meio poroso (Figura
1).
Figura 1 - Mecanismos que contribuem para a dispersão mecânica dos solutos no
solo: (a) a velocidade de escoamento dentro de um poro ser maior no
9
centro deste; (b) a diferentes velocidades de escoamento devido à
diferença no tamanho dos poros; (c) as linhas de corrente podem possuir
direções diferentes da direção predominante do escoamento no meio
poroso; e (d) a solução, juntamente com o soluto, convergir ou divergir
para algum poro (LEIJ e van GENUCHTEN, 2000).
A não uniformidade da velocidade entre os poros condutores é, ainda mais,
acentuada, quando os poros presentes no solo são muito distintos entre si, chegando a
apresentar diferenças nos diâmetros de várias ordens de magnitude, isto é, desde 1
µm a 1 mm (WOLSCHICK, 2004). Essa variação de velocidade do escoamento
dentro de poros individuais em relação à velocidade média de escoamento da solução
percolante faz com que o soluto seja transportado em diferentes velocidades,
resultando num processo de mistura, macroscopicamente semelhante àquela
decorrente da difusão (FERREIRA, 2007).
O transporte dispersivo pode ser descrito pela seguinte equação,
dx
dC
Dj
hh
⋅⋅−=
θ
(5)
Em que,
j
h
- quantidade de massa do soluto transferida, por dispersão, por unidade de
tempo, M L
-2
T
-1
;
D
h
- coeficiente de dispersão mecânica, L
2
T
-1
;
θ - teor de água no solo, L
3
L
-3
;
dC/dx - gradiente de concentração, M L
-4
.
O coeficiente de dispersão mecânica (D
h
) depende apenas da velocidade do
escoamento da solução no solo e da dispersividade do meio poroso.
n
h
vD ⋅=
λ
(6)
Em que,
λ - dispersividade do solo, L;
10
ν - velocidade média de escoamento no meio poroso, L T
-1
;
n - constante empírica com valor próximo a 1.
Em coluna de solo destorroado, em laboratório, o valor de λ situa-se entre 0,5 e
2 cm e em condições de campo entre, 5 e 20 cm. De acordo com FERREIRA (2007),
o motivo para os maiores valores de λ, nos solos com estrutura natural, está
associado às características do processo de escoamento, tais como a formação de
canais preferenciais para o escoamento da água e dos solutos nela dissolvidos e,
também, por obstrução de poros por partículas grosseiras.
2.4. Fator de retardamento, Coeficiente dispersivo-difusivo e Coeficiente de
distribuição
O fator de retardamento pode ser definido como a capacidade do solo em
reter ou adsorver determinado soluto proveniente de uma solução contaminante
(MATOS et al., 1998). Ele representa a defasagem existente entre a velocidade de
deslocamento do soluto e a velocidade de escoamento da solução percolante.
Para solutos não reativos, o valor do fator de retardamento é igual à unidade
e, portanto, o soluto é transportado com a mesma velocidade de percolação do
solvente. Para solutos reativos, o valor do fator de retardamento é superior a um e
estes solutos são transportados a uma velocidade menor do que a do solvente
(AZEVEDO et al., 2005).
O coeficiente dispersivo-difusivo, também chamado de coeficiente de difusão
aparente ou coeficiente de dispersão hidrodinâmica, representa o efeito combinado
da dispersão e da difusão. A dispersão é um processo que ocorre entre os agregados
do solo, ou seja, na região onde ocorre o fluxo de massa, enquanto a difusão é um
processo que ocorre na região intra-agregado, ou seja, na ausência do fluxo de massa.
Em razão de serem macroscopicamente semelhantes, os coeficientes de difusão e
dispersão são freqüentemente aditivos, ou seja,
Sh
DDD +=
(7)
Em que,
11
D - coeficiente dispersivo-difusivo, L
2
T
-1
;
D
H
- coeficiente de dispersão mecânica, L
2
T
-1
;
D
S
- coeficiente de difusão, L
2
T
-1
.
Van GENUCHTEN & WIERENGA (1986) descrevem diferentes métodos
para determinação do fator de retardamento e do coeficiente dispersivo-difusivo a
partir de ensaios em colunas de lixiviação. Os mais utilizados em estudos de
mobilidade de solutos são os baseados na declividade da curva de efluentes e no
ajuste de funções matemáticas aos pontos experimentais da curva de efluentes
empregando técnicas baseadas nos mínimos quadrados.
Segundo DREVER (1997), para se entender o movimento dos solutos nos
solos e em aqüíferos subterrâneos, é preciso ser capaz de modelar quantitativamente
os processos de adsorção. A equação (ou representação gráfica) que relaciona a
concentração de espécies adsorvidas nos sólidos com a concentração na solução é
geralmente referida como isoterma. A maneira mais comum de quantificar esse
processo é dada pela relação linear, da qual se obtém o coeficiente de distribuição Kd
(DEMUELENAERE, 2004). A isoterma de adsorção linear está apresentada na
Equação 8.
CKdU
⋅
=
(8)
Em que,
Kd - coeficiente de distribuição linear, L
3
M
-1
;
U - concentração adsorvida (massa de soluto por unidade de
solo), M M
-1
;
C - concentração do soluto na solução do solo, M
L
-3
.
O uso do coeficiente de distribuição é conveniente porque além de ser
facilmente medido, conceitualmente direto e matematicamente simples, fornece uma
avaliação das propriedades de adsorção que permite comparar diferentes solos e ou
elementos, o que o torna imprescindível em modelos de previsão de risco ambiental
(STAUNTON, 2001). Baixos valores do coeficiente de distribuição indicam que a
maior parte do soluto presente no sistema permanece em solução e, portanto,
disponível para o transporte ou para outros processos químicos ou para absorção
12
pelas raízes das plantas. Por outro lado, altos valores refletem grande afinidade dos
componentes sólidos do solo pelo elemento (SOARES, 2004).
O valor numérico do coeficiente de distribuição linear é função das
propriedades do substrato do solo e da composição da solução; logo, cada soluto tem
seu coeficiente de distribuição característico para um solo específico
(DEMUELENAERE, 2004).
Quando a relação entre a concentração adsorvida e a concentração do soluto
na solução não for linear, o coeficiente de distribuição é obtido de forma diferente.
Equações teóricas são usualmente empregadas para ajuste de isotermas obtidas
experimentalmente, como as isotermas de Freundlich e Langmuir.
Na Figura 2 estão apresentadas as isotermas Linear, de Freundlich e de
Langmuir.
Figura 2 - Modelos de adsorção isotérmica linear, de Freundlich e de Langmuir
(JURY et al., 1991).
O fator de retardamento pode ser calculado, quando o coeficiente de
distribuição for linear, utilizando-se a Equação 9:
θ
ρ
d
K
R
⋅
+= 1
(9)
Em que,
R - fator de retardamento, adimensional;
ρ - massa específica do solo, M
L
-3
;
13
Kd - coeficientes de distribuição, L
3
M
-1
;
θ - teor de água no solo, L
3
L
-3
.
2.5. Condutividade hidráulica
A condutividade hidráulica do solo, sob determinado conteúdo de água, é o
quociente entre o fluxo de água através do solo e o gradiente hidráulico.
Qualitativamente, a condutividade hidráulica é importante para caracterizar os meios
porosos em permeáveis ou condutivos (baixa resistência à passagem de água),
semipermeáveis (média resistência) e pouco permeáveis (alta resistência hidráulica),
quando seus valores resultam altos, médios e baixos, respectivamente. De acordo
com RADLIFE e RASMUSSEN (2000), a condutividade hidráulica é o parâmetro
mais importante para descrever o fluxo de água no solo, sendo dependente apenas
das características físicas do solo e do fluído. A condutividade hidráulica do solo em
meio saturado pode determinada utilizando-se a Equação 10:
η
ρ
g
KiK
a
⋅
⋅=
0
(10)
Em que,
K
0
- condutividade hidráulica do solo em meio
saturado, L
T
-1
;
Ki - permeabilidade intrínseca do solo, L
2
;
ρ
a
- massa específica da água, M
L
-3
;
g - aceleração da gravidade, L
T
-2
;
η - viscosidade dinâmica da água, L
-1
T
-1
.
Na equação 10, o primeiro termo do segundo membro agrupa os fatores que
dependem da geometria do meio poroso enquanto o segundo, denominado fator de
fluidez, agrupa as propriedades físicas da água. Verifica-se, ainda por meio da
Equação 10, que a condutividade hidráulica é diretamente proporcional à massa
específica da água e inversamente proporcional a viscosidade dinâmica da água.
Como estas características físicas da água dependem da temperatura, os valores de
condutividade hidráulica devem ser corrigidos para uma temperatura padrão de 20°C.
14
Portanto, é evidente que a condutividade hidráulica depende das propriedades
geométricas do solo e propriedades físicas da água.
Como características do solo relacionadas à condutividade hidráulica podem
ser citadas a porosidade total, distribuição do tamanho dos poros, tortuosidade e a
superfície específica das partículas (VIEIRA, 2003). Estas características estão
relacionadas com a geometria dos poros do solo.
Na Tabela 2 estão apresentados valores de condutividade hidráulica de solos
com diferentes texturas, determinados em regiões de clima temperado.
Tabela 2 - Valores de condutividade hidráulica (K
0
), porosidade total (Φ),
comprimento de micro-capilares (λ
m
) e comprimento de macro-
capilares (λ
c
) de solos de diversas texturas (RADCLIFFE e
RASMUSSEN,2000)
Textura K
s
Φ λ
m
λ
c
cm h
-1
cm
3
cm
-3
cm cm
Arenoso 21,00 0,437 2,83 x 10
-2
2,62
Areia franca 6,11 0,437 2,06 x 10
-2
3,61
Franco arenosa 2,59 0,453 9,92 x 10
-3
7,48
Franco argilo arenosa 0,43 0,398 4,63 x 10
-3
16,05
Franca 1,32 0,463 1,11 x 10
-2
6,72
Franco siltoso 0,68 0,501 5,83 x 10
-3
12,74
Franco argilosa 0,23 0,464 4,50 x 10
-3
16,49
Argila arenosa 0,12 0,430 3,84 x 10
-3
19,32
Franco argilo siltosa 0,15 0,471 3,31 x 10
-3
22,46
Argila siltosa 0,09 0,479 3,02 x 10
-3
24,60
Argiloso 0,06 0,475 2,77 x 10
-3
26,83
15
3. MATERIAL E MÉTODOS
3.1. Desenvolvimento do amostrador de solo com estrutura indeformada
3.1.1. Componentes do amostrador de solo com estrutura indeformada
O amostrador desenvolvido é constituído de partes fixa e móvel. A parte fixa
é composta por um suporte de fixação no solo, dois segmentos de tubo de aço
galvanizado providos de ponteiras, braçadeira com braços de sustentação e um tubo
guia. A parte móvel constitui-se de um segmento de tubo de aço inox tendo uma de
suas extremidades alavancas de acionamento e a outra denteada em forma de serrote.
Na Figura 3 estão apresentadas as dimensões e os materiais utilizados na
confecção do suporte de fixação no solo e, na Figura 4, apresenta-se o suporte
confeccionado.
16
Figura 3 - Dimensões e materiais utilizados na confecção do suporte de fixação no
solo.
a - segmentos de tubo de chapa preta de 25 mm de diâmetro, que servem
de guia para os tubos de aço galvanizados que são cravados no solo e
sustentam a braçadeira;
b - ferro liso de 8 mm de diâmetro;
c - vergalhão de 8 mm de diâmetro;
d - vergalhão de 6,3 mm de diâmetro, que confere estabilidade ao suporte.
17
Figura 4 - Suporte de fixação no solo.
Na Figura 5 estão apresentadas as dimensões e materiais utilizados na
confecção da braçadeira.
Figura 5 - Dimensões e materiais utilizados na confecção da braçadeira.
a - luva de aço galvanizado de 20 mm de diâmetro;
b - segmento de anel de tubo de ferro de 150 mm de diâmetro;
c - parafuso de 6,3 mm de diâmetro com uma porca borboleta soldada em
uma de suas extremidades;
d - metalon com bitola de 30x50 mm;
e - dobradiça de 89x114 mm;
18
f - parafusos e porcas borboletas de 6,3 mm de diâmetro, que permite
regular ajustar o diâmetro da braçadeira.
Na Figura 6 apresentam-se fotos da braçadeira completa e de detalhes.
Figura 6 - Braçadeira.
O suporte de fixação no solo tem como finalidade sustentar a braçadeira, o
tubo guia e os tubos de aço galvanizado. Deve-se ter o cuidado de manter os
segmentos de tubos de chapa preta em nível ao cravar o suporte no solo.
O tubo guia constitui-se de um segmento de tubo de PVC de 150 mm de
diâmetro e 0,40 m de comprimento.
A braçadeira sustenta o tubo guia, não deixando desta forma que conjunto de
tubos (tubo guia e segmentos de tubos de aço inox – parte móvel) vibre, nem
desalinhe, no momento em que a amostra de solo estiver sendo retirada, evitando
assim uma possível ruptura da mesma. A braçadeira é sustentada por dois tubos de
aço galvanizado de 20 mm de diâmetro e 0,60 m de comprimento, que possuem
ponteiras de madeira em uma das extremidades. As ponteiras de madeira auxiliam no
cravamento dos tubos de aço galvanizado no solo. Estes tubos são encaixados nas
luvas de aço galvanizadas que estão soldadas nas extremidades da braçadeira. Os
tubos de aço galvanizado são encaixados nos segmentos de tubo de chapa preta no
suporte de fixação e posteriormente cravados no solo.
Na Figura 7 estão apresentados o suporte e o tubo guia do amostrador.
19
Figura 7 – Suporte e tubo guia.
Na Figura 8 está apresentada a parte móvel do amostrador, que é o
componente responsável pelo cisalhamento do solo quando em movimento
rotacional.
Figura 8 - Parte móvel do amostrador, em detalhes: 1 – tubo de acionamento em aço
inox de 32 mm de diâmetro e 0,20 m de comprimento; 2 – segmento de
tubo de aço inox de 120 mm de diâmetro e 0,60 m de comprimento; e 3 –
segmento de anel de PVC revestido de flanela objetivando melhor ajuste e
deslizamento no tubo guia.
Na parede externa do segmento de tubo de aço inox de 120 mm de diâmetro
foram colados pequenos segmentos de anéis de PVC e flanela, a fim de que o tubo de
aço inox se ajuste internamente ao tubo guia.
Na extremidade superior do tubo de aço inox de 120 mm de diâmetro foram
soldados dois segmentos de tubos de aço inox com diâmetro de 32 mm, para auxiliar
na rotação do tubo, no momento da retirada da amostra. Na extremidade inferior do
20
tubo de aço inox de 120 mm de diâmetro foram feitos dentes com dimensões de 2 x 2
cm, com inclinação de 45°, nestes foi realizado uma trava de 6 mm. Na Figura 9
apresenta-se, em detalhe, a extremidade denteada e com trava semelhante ao serrote.
O objetivo da realização da trava nos dentes é permitir que à medida que a amostra
de solo for sendo cortada fique uma folga entre a amostra e a parede interna do tubo
evitando, assim, o atrito entre a coluna de solo e a parede interna do tubo.
Figura 9 – Detalhe da extremidade denteada do tubo.
3.1.2 Versões preliminares do amostrador de solo com estrutura
indeformada
O primeiro amostrador desenvolvido constituía-se de parte fixa e móvel. A
parte fixa era composta de uma braçadeira e um tubo guia. A braçadeira foi
confeccionada utilizando-se metalon e um segmento de tubo de ferro de 100 mm de
diâmetro, esta era sustentada por duas estacas de madeira que eram cravadas no solo.
O tubo guia constituía-se de um segmento de tubo de PVC de 100 mm de diâmetro e
0,40 m de comprimento. A parte móvel desta primeira versão do amostrador era
constituída de um tubo de PVC de parede espessa, de 75 mm de diâmetro e 0,50 m
de comprimento. Na Figura 10 está apresentada a primeira versão do amostrador
desenvolvido.
O método de amostragem utilizando-se este equipamento consistia no
talhamento da coluna de solo deixada ao centro da escavação a cada 0,02 m até a
profundidade desejada. À medida que era realizado o talhamento, a amostra de solo
era envolvida pelos tubos de PVC.
21
A primeira versão do amostrador foi reprovada porque o método utilizado por
meio deste equipamento não se mostrou prático, ou seja, muito laborioso.
Figura 10 - Primeira versão desenvolvida do amostrador de solo com estrutura.
1 - tubo de PVC de parede espessa, de 75 mm de diâmetro e 0,50 m de
comprimento, constitui a parte móvel do amostrador;
2 - braçadeira, feita com metalon e segmento de tubo de ferro de 100
mm;
3 - tubo guia.
A segunda versão do amostrador de solo com estrutura indeformada também
era constituída de uma parte fixa e móvel. A parte fixa era composta por uma
braçadeira, dois tubos de aço galvanizado de 20 mm de diâmetro e 0,60 m de
comprimento, e um tubo guia. A braçadeira era composta de segmentos de metalon,
luvas de aço galvanizado de 20 mm de diâmetro e de um segmento de tubo de aço de
100 mm. A braçadeira era sustentada pelos tubos de aço galvanizado que eram
cravados no solo. Com o objetivo de auxiliar na cravação dos tubos de aço
galvanizado foi desenvolvida uma galga feita com segmentos de tubo de chapa preta,
segmentos de ferro liso e de vergalhão. Os tubos de aço galvanizado eram
encaixados nos segmentos de tubo de chapa preta da galga no momento da cravação,
após a cravação a galga era retirada e os tubos de aço galvanizado permaneciam no
22
solo. Desta maneira garantia-se que a distância entre os tubos cravados no solo era a
mesma distância existente entre as luvas soldadas nas extremidades da braçadeira.
A parte móvel do amostrador era composta por um segmento de tubo de aço
zincado de 75 mm de diâmetro e 0,60 m de comprimento. Em uma das extremidades
deste tubo foram feitos dentes e na outra extremidade foi soldado um segmento de
metalon, que auxiliava na rotação do tubo. Na Figura 11 está apresentado o
amostrador desenvolvido.
Figura 11 - Segunda versão do amostrador de solo com estrutura indeformada.
1 - tubos de aço galvanizado de 20 m de diâmetro;
2 - galga;
3 - braçadeira;
4 - tubo de aço zincado de 75 mm de diâmetro;
5 - tubo guia.
O amostrador desenvolvido não apresentou resultados satisfatórios. As
amostras de solos eram cortadas com um diâmetro pequeno (< 75 mm), o que
acarretava na ruptura das amostras durante a amostragem.
Posteriormente foi feita uma nova tentativa com este amostrador, o tubo de
aço zincado de 75 mm foi trocado por outro de 90 mm. No entanto as amostras
também quebravam no momento da amostragem.
Na versão final do amostrador foi feita uma alteração na galga e esta passou a
fazer parte dos componentes fixos do amostrador, tornando-se o suporte de fixação
no solo. A alteração feita na galga consistiu em soldar segmentos de vergalhão de 8
mm de diâmetro em sua base para que assim fosse cravado ao solo.
23
Os testes com os amostradores foram realizados em um Cambissolo Hálico tb
Distrófico Podzólico, na Universidade Federal de Viçosa, localizado próximo a Área
de Mecanização Agrícola do Departamento de Engenharia Agrícola. Na Figura 12
está apresentada a área utilizada para realização dos testes.
Figura 12 - Área utilizada para realização dos testes do método de retirada de
amostras desenvolvido.
3.2. Transporte de solutos em colunas de solo
3.2.1. Caracterização física e química da área
Utilizou-se neste trabalho dois tipos de solo, um Argissolo Vermelho
Amarelo eutrófico (PVAe) típico caulinítico fase terraço e um Latossolo Vermelho
Amarelo distrófico (LVAd), ambos encontrados no município de Viçosa – MG,
coletados da camada de 0,20-0,60 m. A caracterização física incluiu: análise
granulométrica; massa específica do solo pelo método da proveta; massa específica
das partículas pelo método do balão volumétrico; porosidade total; macro e
microporosidade. As análises químicas incluíram as determinações de: pH em água;
potássio e sódio trocáveis por fotometria de emissão de chama após extração com
extrator Mehlich-1; cálcio e magnésio trocáveis por espectrofotometria de absorção
atômica após extração com solução de cloreto de potássio 1 mol L
-1
; alumínio
trocável por titulação após extração com solução de cloreto de potássio 1 mol L
- 1
; H
+ Al por titulação após extração com solução de acetato de cálcio 0,5 mol L
-1
;
fósforo disponível por colorimetria após extração com extrator Mehlich-1 e carbono
24
orgânico pelo método de Walkley-Black modificado (EMBRAPA, 1997 e 1999). Na
Tabela 3 apresenta-se a caracterização física e química dos solos.
As análises de caracterização física e química das amostras de Argissolo
Vermelho Amarelo eutrófico foram realizadas nos Laboratórios de Rotina e Física do
Solo no Departamento de Solos na Universidade Federal de Viçosa.
Tabela 3 - Caracterização física e química do Latossolo Vermelho Amarelo
distrófico (LVAd) e um Argissolo Vermelho Amarelo eutrófico
(PVAe)
Característica LVAd* PVAe
Areia grossa (dag kg
-1
) 19 2
Areia fina (dag kg
-1
) 7 1
Silte (dag kg
-1
) 4 25
Argila (dag kg
-1
) 70 72
Massa específica do solo (kg dm
-3
) 1,03 1,06
Massa específica das partículas (kg dm
-3
) 2,52 2,67
Porosidade total (dm
3
dm
-3
) 0,60 0,60
pH em água (1: 2,5) 4,84 6,07
Potássio (cmol
c
dm
-3
) 0,07 0,07
Sódio (cmol
c
dm
-3
) 0,09 -
Cálcio (cmol
c
dm
-3
) 0,67 2,32
Magnésio (cmol
c
dm
-3
) 0,24 0,44
Alumínio (cmol
c
dm
-3
) 3,1 0,00
H + Al (cmol
c
dm
-3
) 11,22 2,5
Fósforo (mg dm
-3
) 2,50 0,4
Carbono orgânico (dag kg
-1
) 1,31 1,92
* MÉLO et al. (2006).
Na Tabela 4 apresentam-se as características físico-químicas dos solos em
estudo. A caracterização físico-química incluiu: soma de bases trocáveis (SB),
capacidade de troca catiônica efetiva (CTCt), capacidade de troca catiônica a pH 7,0
(CTC
T
), índice de saturação por bases (V) e índice de saturação por alumínio (m).
25
Tabela 4 - Caracterização físico-química do Latossolo Vermelho Amarelo Distrófico
(LVAd) e do Argissolo Vermelho Amarelo eutrófico (PVAe)
Característica LVAd PVAe
SB (cmol
c
dm
-3
) 0,98 2,83
CTC
t
(cmol
c
dm
-3
) 4,08 2,83
CTC
T
(cmol
c
dm
-3
) 12,20 5,33
V (%) 8,03 53,1
m (%) 75,98 0,0
3.2.2. Amostragem dos solos com estrutura indeformada
Na coleta de amostras com estrutura indeformada foram utilizados o método
desenvolvido neste trabalho e o amostrador de Uhland.
Com a utilização do amostrador desenvolvido, as amostras foram retiradas
numa faixa de profundidade de 0,20-0,60 m.
As etapas da amostragem utilizando-se o amostrador desenvolvido estão
apresentadas a seguir:
- primeiramente foram feitas escavações de seção quadrada de 0,80 x 0,80 m,
com 0,60 m de profundidade, deixando-se um monólito ao centro. Posteriormente
realizou-se um talhamento no monólito a fim de que este possuísse um diâmetro de
aproximadamente 0,16 m;
- em seguida a parte fixa do amostrador era montada tomando-se o cuidado
desta ficar em nível;
- a parte móvel do amostrador era então encaixada na parte fixa e dava-se
início a retirada da amostra;
- alcançada a profundidade de 0,60 m a parte móvel do amostrador era
retirada, permanecendo ao centro da escavação a amostra de solo. A amostra era
envolta em filme de PVC e, a seguir, seccionada na base e devidamente embalada
para o transporte até o laboratório.
As amostras retiradas com o amostrador de Uhland foram contidas em anéis
com diâmetro de 47 mm e altura de 30 mm, junto ao local da escavação realizada
para a retirada das colunas de solo amostradas com o método desenvolvido. A
26
profundidade de amostragem foi correspondente ao centro da coluna de solo obtida
com o amostrador desenvolvido (0,40 m de profundidade).
3.2.3. Amostras de solo destorroado
A coleta das amostras de solo destorroado foi realizada simultaneamente com
a coleta das amostras com estrutura indeformada, utilizando-se parte do material
oriundo do talhamento da coluna de solo, na faixa de profundidade de 0,20 a 0,60 m.
3.2.3. Procedimento laboratorial
Os ensaios de transporte de solutos foram realizados no Laboratório de Física
do Solo do Departamento de Engenharia Agrícola na Universidade Federal de
Viçosa.
Ao se montar as colunas de solo com amostras de solo destorroado, as
amostras foram secas e posteriormente passadas em uma peneira de malha de dois
milímetros. Foram utilizados segmentos de tubos de PVC de 0,20 m de comprimento
e 48 mm de diâmetro interno. Antes de se iniciar o preenchimento da coluna de solo
foi colocada uma tela na extremidade inferior do tubo e sobre esta um disco de lã de
vidro, a fim de evitar a perda de partículas. Com o objetivo de se ter um perfil
homogêneo, o preenchimento dos segmentos de tubo de PVC com o solo destorroado
foi feito em camadas de aproximadamente 2 cm, sempre misturando a camada
superior à inferior. A acomodação do solo foi feita com toques em torno do tubo. De
maneira semelhante à seção inferior, a seção superior do segmento de tubo de PVC
recebeu um disco de lã de vidro, para evitar distúrbios na superfície do solo ao
interligar a fonte de água.
Na confecção das colunas de solo a partir de amostras com estrutura
indeformada, retiradas com o método desenvolvido, foram utilizados segmentos de
tubo de PVC de 0,28 m de comprimento e 150 mm de diâmetro interno. No
preenchimento do espaço entre a amostra de solo e a parede interna do tubo de PVC
foi utilizado espuma de poliuretano. Neste espaço existente foi aplicada a espuma de
poliuretano até esta preencher 1/3 da altura do segmento de tubo de PVC. Após 24
horas a espuma já estava expandida e seca até a extremidade superior do segmento
do tubo de PVC (Figura 13). De maneira semelhante às colunas de solo com
27
amostras destorroadas, na confecção das colunas de solo com amostras com estrutura
inalteradas, foi utilizado uma tela e discos de lã de vidro nas seções inferior e
superior das colunas de percolação.
Figura 13 - Coluna de solo com a espuma de poliuretano após 24 horas de aplicação.
As etapas seguintes na determinação dos parâmetros de movimento de solutos
no solo são as mesmas para os permeâmetros montados a partir de amostras de solo
destorroado e amostras com estrutura indeformada.
As colunas com solo foram saturadas de forma ascendente com uma solução
diluída (0,01 mol L
-1
) de cálcio. As colunas foram imersas até dois terços de seu
comprimento, por 24 horas.
Utilizou-se uma solução de trabalho (solução contaminante), multi-espécie de
potássio e magnésio. A solução de trabalho foi preparada com sais de cloreto e água
destilada, sendo as concentrações de 20 mg L
-1
para o magnésio e 400 mg L
-1
para o
potássio.
Frascos de Mariotte foram preenchidos com a solução diluída de cálcio
(mesma solução utilizada na saturação das colunas de solo) e a solução de trabalho.
Inicialmente, interligaram-se às colunas de solo os frascos com a solução diluída de
cálcio até passar, aproximadamente, um volume de poros, mantendo-se uma lâmina
de 6 cm acima da superfície da amostra de solo. A seguir, desconectaram-se os
frascos contendo a solução diluída de cálcio e, após a completa infiltração da lâmina
de água, interligaram-se os frascos de Mariotte contendo a solução de trabalho
mantendo-se a lâmina de 6 cm sobre a superfície da amostra de solo. Na Figura 14
estão apresentados os permeâmetros montados a partir de amostras de solo
destorroado e amostras com estrutura indeformada.
28
Figura 14 - Permeâmetros montados a partir de amostras destorroadas (a) e amostras
com estrutura indeformada (b).
O volume de cada amostra do efluente foi determinado utilizando-se a
Equação 11. Foram aplicados 2,22 volumes de poros da solução de trabalho
recolhendo-se continuamente 16 alíquotas de 0,14 volume de poros do efluente da
coluna de solo montada com amostras com estrutura inalterada. Para os
permeâmetros montados com amostras de solo destorroado foram aplicados 2
volumes de poros da solução de trabalho recolhendo-se 12 alíquotas de 0,16 volume
de poros do efluente.
pt
np
V
a
α
ν
⋅
=
(11)
Em que,
V
a
- volume de cada amostra do efluente, L
3
;
np - número de volume de poros;
ν
α
- volume de poros na coluna, L
3
;
pt - número de alíquotas.
As amostras dos efluentes coletas foram acondicionadas em recipientes
plásticos com tampa. As concentrações de potássio e magnésio dos efluentes
coletados das colunas de solo foram determinadas no Laboratório de Espectrometria
Atômica, utilizando-se um Espectrofotômetro de Plasma, no Departamento de Solos
na Universidade Federal de Viçosa.
29
Não foram montados os permeâmetros com as amostras retiradas com o
amostrador de Uhland, em razão do pequeno volume de solo que este amostrador
permite tirar, ou seja, conforme a Equação 11 o volume Va não é suficiente para
proceder-se as análises químicas.
Conhecendo as concentrações do magnésio e potássio nos efluentes (C
e
),
calcularam-se as concentrações relativas (C
e
/C
o
) para cada íon, sendo C
o
a
concentração dos íons na solução de trabalho.
Os valores dos fatores de retardamento, coeficientes dispersivos-difusivos e
dos coeficientes de distribuição foram calculados utilizando-se o programa
computacional Disp. O Disp foi desenvolvido no Departamento de Engenharia
Agrícola da UFV (BORGES JÚNIOR & FERREIRA, 2006), o qual ajusta soluções
matemáticas da equação diferencial de transporte de solutos no solo (Equação 12)
aos dados experimentais.
dx
dC
v
dx
Cd
D
dt
dC
R −=
2
2
(12)
Os modelos de transporte de solutos no solo disponibilizados no programa
Disp são: - modelo 1, trabalha com a concentração residente do soluto na fase líquida
do solo; - modelo 2, trabalha com a concentração do soluto no efluente; - modelo 3,
simplificação dos modelos 1 e 2, não considerando o efeito da difusão e modelo 4,
não considera o efeito da difusão e trabalha com um fator de retardamento unitário.
Na determinação das curvas de efluente para o íon potássio e magnésio adotou-se o
modelo 2 (A-1), que considera concentração determinadas no efluente,
( ) ( )
+⋅
⋅⋅
⋅⋅+
−⋅
⋅⋅
⋅= npR
npR
P
erfenpR
npR
P
erfCC
P
e
2/12/1
0
42
1
42
1
/
(13)
A metodologia empregada para obtenção das curvas de efluentes é descrita
por FERREIRA (2007).
30
3.2.4. Simulações da concentração residente dos solutos
Foram realizadas simulações da concentração residente dos íons potássio e
magnésio em função da profundidade no perfil do solo utilizando-se os resultados
obtidos a partir das curvas de efluentes. Utilizou-se o modelo 1 (A-2) do programa
computacional Disp que trabalha com a concentração residente do soluto na fase
líquida do solo para obter as simulações (Equação 14).
( )
( )
( )
+⋅
⋅⋅
⋅⋅
⋅
++⋅−
⋅
⋅
⋅
+
−⋅
⋅⋅
⋅=
−⋅
⋅⋅
−
npR
npR
P
erfe
R
npP
P
e
R
npP
npR
npR
P
erfCr
P
npR
npR
P
2/1
4
2/1
2/1
4
1
2
1
42
1
2
π
(14)
3.3. Condutividade Hidráulica
Adotou-se a metodologia empregada pelo Laboratório de Física do Solo do
Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Viçosa na
determinação da condutividade hidráulica a partir de amostras obtidas com o
amostrador de Uhland (EMBRAPA, 1997). A seguir, estão apresentadas as etapas
adotadas:
- primeiramente cada anel volumétrico recebeu um pedaço de lã de vidro na
extremidade inferior e um segmento de tubo de vidro de igual diâmetro, de
aproximadamente 50 mm de altura, na parte superior, que foram fixados por meio de
anel de borracha;
- a amostra contida no anel foi saturada, de baixo para cima, para eliminar as
bolhas de ar presas nos poros do solo. A saturação foi alcançada colocando-se a
coluna dentro de um recipiente com água até aproximadamente 2/3 da altura do
cilindro, por um período de 48 horas. No processo de saturação foi utilizada uma
solução de diluída de cálcio (0,01 mol L
-1
). Após a saturação, a superfície do solo no
anel foi coberta por uma fina camada de lã de vidro, que protegeu o solo do impacto
da solução utilizada no ensaio;
31
- em seguida foram montados os permeâmetros. Uma lâmina de água de
espessura igual a 4 cm foi aplicada, utilizando-se o sistema de frasco de Mariotte
para manutenção de carga constante;
- tão logo o escoamento permanente foi estabelecido, cronometrou-se o tempo
(t) para o recolhimento de um volume (V) de água na proveta. Mediu-se o volume
percolado em um intervalo de tempo de 20 minutos. Realizaram-se cinco medições
de volume percolado.
Na Figura 15 estão apresentados os permeâmetros utilizados na determinação
da condutividade hidráulica a partir de amostras retiradas com o amostrador de
Uhland.
Figura 15 - Permeâmetros montados para determinação da condutividade hidráulica.
A determinação da condutividade hidráulica, utilizando amostras retiradas
com o método desenvolvido e amostras destorroadas, foi realizada simultaneamente
com a determinação dos parâmetros de transporte de solutos no solo.
A condutividade hidráulica do solo em meio saturado para as condições
ambientais, na qual foi determinada, foi obtida empregando-se a Equação 15:
hL
L
tA
V
k
t
e
+
⋅
⋅
=
(15)
Em que,
K - condutividade hidráulica do solo em meio saturado na condição atual (L
3
L
-2
T
-1
);
32
Α
t
- área da seção transversal da coluna (L
2
);
V
e
- volume de efluente (L
3
);
t - intervalo de tempo para coletar o volume V
e
(T);
L - comprimento da coluna de solo (L);
h - carga hidráulica (L).
O valor de K, obtido nas condições ambientais na qual foi determinado, foi
recalculado para a temperatura de referência de 20
o
C (K
0
) por meio da expressão
20
0
η
η
⋅= kK
(16)
Em que,
K
0
- condutividade hidráulica do solo em meio saturado, L
3
L
-2
T
-1
;
K - condutividade hidráulica do solo na condição atual, L
3
L
-2
T
-1
;
η - viscosidade dinâmica da água à temperatura ambiente, LT
-2
;
η
20
- viscosidade dinâmica da água à 20º C, LT
-2
.
3.4. Análise estatística dos dados
O delineamento foi inteiramente casualizado, considerando um esquema
fatorial 2 x 2 (duas modalidades de amostras, dois tipos de solo e quatro repetições)
na determinação dos parâmetros de transporte de solutos no solo em colunas de solo
e um esquema fatorial 3x2 (três modalidades de amostragem, dois tipos de solo e
quatro repetições) na determinação da condutividade hidráulica.
Os dados obtidos nos ensaios de mobilidade e condutividade hidráulica foram
submetidos à análise de variância e as médias comparadas utilizando-se o Teste de
Tukey a 5 % de significância.
As análises estatísticas foram realizadas com o auxílio do programa
computacional SAEG, versão 9.1.
33
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1. Amostrador de solo com estrutura indeformada
Na Figura 16 apresenta-se a versão final do amostrador de solo com estrutura
indeformada. Na Figura 17 está apresentado o amostrador em operação, durante a
retirada de uma amostra.
Figura 16 - Versão final do amostrador de solo com estrutura indeformada.
Figura 17 - Amostrador em operação durante a retirada de uma amostra.
A coleta das amostras com estrutura indeformada utilizando-se o método
desenvolvido se dá de acordo com as seguintes etapas:
34
- no local onde será retirada a amostra deve ser feita uma escavação de
profundidade ligeiramente superior à altura da coluna de solo a ser amostrada,
deixando-se um monólito ao centro da perfuração (Figura 18a). Atingida a
profundidade desejada, deve ser realizada uma preparação prévia da coluna de solo,
moldando-a num formato cilíndrico, com diâmetro de aproximadamente 0,16 m
(Figura 18b);
Figura 18 - a) Escavação realizada com o monólito ao centro; b) coluna de solo após
uma preparação prévia, com um diâmetro ligeiramente superior ao do
elemento cortante do amostrador.
- instalação do amostrador: a) cravar o suporte de fixação e os tubos de aço
galvanizado; b) afixar a braçadeira nos tubos de aço galvanizado; e adaptar o tubo
guia à braçadeira. A parte superior do suporte de fixação no solo deve estar nivelada.
Na Figura 19 ilustra-se a seqüência de instalação dos elementos fixos do amostrador.
Figura 19 - Instalação do amostrador em campo: a) cravamento do suporte de fixação
e dos tubos de aço galvanizado no solo; b) fixação braçadeira nos tubos
de aço galvanizado.
35
- em seguida, a parte móvel do amostrador é introduzida no tubo guia e inicia-
se a retirada da amostra (Figura 20). A parte móvel do amostrador deve ser
rotacionada no sentido horário. Os dentes providos de travação deixam,
internamente, a coluna de solo com um diâmetro próximo a 0,11 m evitando, assim,
o atrito entre a coluna de solo e a parede interna do tubo (Figura 21). A cada 5 cm de
corte deve ser retirado o excesso de solo externo ao elemento cisalhante.
Figura 20 - Parte móvel encaixada tubo guia do amostrador, em operação, durante a
retirada da amostra.
Figura 21 - Ilustração do espaço deixado entre a amostra e parede interna do tubo de
inox.
- alcançada a profundidade desejada a parte móvel do amostrador é retirada,
permanecendo, assim, ao centro da escavação a amostra de solo (Figura 22a). A
amostra é, então, envolta em filme de PVC (Figura 22b,c) e, a seguir, seccionada na
base e devidamente embalada para o transporte até o laboratório (Figura 22d).
36
Figura 22 - Preparação da amostra para o transporte ao laboratório: a) amostra ao
centro da escavação após a retirada da parte móvel do amostrador; b, c,
d) amostra sendo envolta em filme de plástico, seccionada na base e
acondicionada para ser levada ao laboratório.
4.2. Parâmetros de transporte de solutos no solo
4.2.1. Fluxo e velocidade de escoamento
Na Tabela 5 estão apresentados os valores médios obtidos do fluxo e da
velocidade de escoamento da solução de trabalho nas colunas de solo obtidas a partir
de amostras com estrutura indeformada e amostras destorroadas, para o Argissolo
Vermelho Amarelo eutrófico (PVAe) e o Latossolo Vermelho Amarelo distrófico
(LVAd).
37
Tabela 5 - Valores médios do fluxo e da velocidade de escoamento da solução de
trabalho obtidos para o Argissolo Vermelho Amarelo eutrófico (PVAe) e
o Latossolo Vermelho Amarelo distrófico (LVAd)
PVAe LVAd
Amostras
Fluxo
(cm
3
cm
-2
h
-1
)
Velocidade de
escoamento (cm h
-1
)
Fluxo
(cm
3
cm
-2
h
-1
)
Velocidade de
escoamento (cm h
-1
)
Com estrutura
indeformada
32,16 53,60 18,70 31,17
Destorroadas
5,06 9,33 14,02 23,37
Observou-se nas amostras com estrutura indeformada que, tanto o fluxo
quanto a velocidade de escoamento da solução foram maiores em relação aos valores
obtidos nas amostras destorroadas. Isto se explica porque, nas amostras com estrutura
indeformada ocorre uma maior freqüência de macroporos que favorecem o fluxo e a
velocidade de escoamento. Poros maiores que 30 µm, os que incluem os canais
biológicos, rachaduras, dentre outros que juntamente com a continuidade ou
conectividade desses, exercem grande influência sobre o movimento de água e
solutos no solo (KAY & ANGERS, 2000).
4.2.2. Fator de retardamento (R), coeficiente dispersivo-difusivo (D) e
coeficiente de distribuição (Kd)
As curvas de efluentes dos íons de potássio e magnésio obtidas a partir da
média dos valores observados em amostras com estrutura indeformada e
destorroadas do Argissolo (PVAe), estão apresentadas na Figura 23.
38
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 23 - Curvas de efluente dos íons de potássio e magnésio (PVAe). - Amostras
com estrutura indeformada: (a) efluente de potássio; (b) efluentes de
magnésio. - Amostras destorroadas: (c) efluente de potássio; (d) de
efluentes de magnésio.
O formato dessas curvas de efluente é muito importante para compreensão do
comportamento dos solutos em ensaios de percolação (NIELSEN e BIGGAR, 1962).
O deslocamento das curvas para a direita representa a existência de interação solo-
soluto, ou seja, o retardamento do soluto em relação ao escoamento da solução
devido à existência de processos como a adsorção. Portanto, quanto maior for a
defasagem entre a velocidade de escoamento da solução em relação à do soluto,
maior será o fator de retardamento.
As curvas de efluentes obtidas a partir de amostras destorroadas estão mais
deslocadas para direita em relação às curvas obtidas a partir de amostras com
estrutura indeformada, evidenciando maior valor do fator de retardamento para
39
ambos os íons em amostras destorroadas. Isto se explica pelo maior contato da
solução, em movimento, com as superfícies de adsorção da fase sólida do solo.
De acordo com a Figura 23 (c) observa-se que o número de volume de poros
passados através da coluna não foi suficiente para a recuperação da concentração
inicial (Co) do íon potássio, no entanto, o programa Disp foi capaz de gerar a curva
teórica de efluentes.
Nas Tabelas 6 e 7 estão apresentados os valores do fator de retardamento (R),
do coeficiente dispersivo-difusivo (D) e do coeficiente de distribuição (Kd), obtidos
a partir de amostras com estrutura indeformada e amostras destorroadas do PVAe,
para os íons potássio e magnésio, respectivamente.
Tabela 6 - Valores do fator de retardamento (R), do coeficiente dispersivo-difusivo
(D) e do coeficiente de distribuição (Kd), obtidos para o íon potássio a
partir de amostras com estrutura indeformada e amostras destorroadas do
Argissolo Vermelho Amarelo eutrófico (PVAe)
PVAe
Amostra com estrutura
indeformada
Amostra destorroada
Repetições
R
D
(cm² h
-1
)
Kd
(cm³ g
-1
)
R
D
(cm² h
-1
)
Kd
(cm³ g
-1
)
1
1,174 15125,55 0,098 6,559 49,4904 3,207
2
1,371 29133,42 0,210 6,347 19,3013 3,027
3
0,924 898,0895 -0,043 6,432 28,795 3,095
4
1,156 15052,46 0,088 6,390 17,5943 3,051
Média
1,156 15052,380 0,088 6,432 28,795 3,095
40
Tabela 7 - Valores do fator de retardamento (R), do coeficiente dispersivo-difusivo
(D) e do coeficiente de distribuição (Kd), obtidos para o íon magnésio a
partir de amostras com estrutura indeformada e amostras destorroadas do
Argissolo Vermelho Amarelo eutrófico (PVAe)
PVAe
Amostra com estrutura
indeformada
Amostra destorroada
Repetições
R
D
(cm² h
-1
)
Kd
(cm³ g
-1
)
R
D
(cm² h
-1
)
Kd
(cm³ g
-1
)
1
0,452 9723,568 -0,310 1,222 1,375 0,126
2
0,488 18539,448 -0,290 1,401 0,591 0,227
3
0,369 14,589 -0,357 1,130 3,044 0,074
4
0,516 832,671 -0,274 1,245 0,621 0,139
Média
0,456 7277,569 -0,308 1,250 1,408 0,142
Os valores obtidos do fator de retardamento e do coeficiente de distribuição,
de ambos os íons, são maiores nas amostras destorroadas em relação aos valores
obtidos com as amostras com a estrutura indeformada do PVAe. O fator de
retardamento, por ser uma característica que retrata a capacidade do solo em adsorver
os solutos à medida que o fluxo de massa avança, depende das interações entre as
fases líquida e sólida que ocorrem durante a percolação (OLIVEIRA et al., 2004). A
velocidade de escoamento da solução de trabalho foi menor em amostras
destorroadas, aumentando assim o tempo de interação entre os solutos e os colóides
do solo. Além disso, em amostras destorroadas os agregados são menores,
aumentando a exposição da superfície específica destes, o que aumenta a área total
de contanto entre a solução de trabalho e a fase sólida do solo. Portanto, maior tempo
de interação e maior área específica de adsorção dos íons potássio e magnésio em
amostras destorroadas, resultaram em maiores valores do fator de retardamento e do
coeficiente de distribuição.
Os valores negativos do coeficiente de distribuição obtidos para o íon
magnésio nas amostras de solo com estrutura evidencia uma possível dessorção deste
íon. Essa suspeita fundamenta-se no fato de uma competição catiônica, que, embora
a valência do íon magnésio seja duas vezes maior que a do íon potássio, a
41
concentração do potássio era 20 vezes maior que a do magnésio, prevalecendo o
fator quantidade como definidor da capacidade de deslocamento de íons do
complexo de troca do solo.
Em amostras com estrutura indeformada obtiveram-se maiores valores do
coeficiente dispersivo-difusivo em relação às amostras destorroadas no PVAe.
A maior dispersividade dos íons e velocidade de escoamento da solução de
trabalho em amostras com estrutura indeformada são fatores determinantes para os
maiores valores do coeficiente dispersivo-difusivo nesta modalidade de amostras.
Amostras com estrutura indeformada preservam a existência de um meio
heterogêneo, com maior freqüência de poros de diferentes tamanhos e formas,
contribuindo assim para maiores valores da dispersividade, relativamente às amostras
destorroadas, onde se tem um meio mais homogêneo. Na Tabela 8 estão
apresentados os valores médios obtidos da dispersividade para ambos os íons, em
amostras com estrutura indeformada e destorroadas.
Tabela 8 - Valores médios obtidos de dispersividade dos íons potássio e magnésio,
em amostras com estrutura indeformada e destorroadas no Argissolo
(PVAe)
Dispersividade (cm)
Amostra com estrutura
indeformada
Amostra destorroada
Potássio
194,16 3,68
Magnésio
107,66 0,15
MATOS et al. (1998) verificaram que a propriedade física que melhor
explicou a variação do coeficiente dispersivo-difusivo para o zinco, cádmio, cobre e
o chumbo foi a velocidade de escoamento da solução através da seção de escoamento
formada por macroporos. O autor ressaltou, ainda, a importância da macroporosidade
em estudos de dispersão-difusão de metais no solo, uma vez que a macroporosidade
é a característica física responsável pela livre movimentação de água no solo.
A grande diferença observada entre os valores obtidos a partir de amostras
com estrutura indeformada e amostras destorroadas evidencia a importância da
estrutura do solo em estudos de transporte de solutos no solo. No PVAe a fração
42
argila é, aparentemente, constituída por argilas 2: 1, que possuem uma grande área
específica, resultando assim num solo de alta reatividade. No entanto, esse tipo de
solo, por possuir estrutura em forma de blocos (RESENDE et al., 2007), a área
reativa dos agregados que fica exposta à solução, durante uma passagem rápida, é
pequena, resultando numa menor reatividade. Portanto, destorroando este tipo de
solo, a atividade aumenta com a exposição das superfícies de contato das argilas,
resultando em um comportamento de mobilidade de solutos diferente em relação às
condições naturais.
Na Figura 24 estão apresentadas as curvas de efluente dos íons potássio e
magnésio, obtidas empregando a média dos valores observados, do LVAd.
(a)
(b)
(c)
(d)
Figura 24 - Curvas de efluente dos íons potássio e magnésio (LVAd). - Amostras
com estrutura indeformada: (a) efluente de potássio; (b) efluentes de
magnésio. - Amostras destorroadas: (c) efluente de potássio; (d) de
efluentes de magnésio.
43
As curvas obtidas a partir de amostras com estrutura indeformada estão mais
deslocadas para esquerda em relação às curvas obtidas de amostras destorroadas,
evidenciando desta maneira, maior valor do fator de retardamento nas amostras
destorroadas do LVAd.
A Figura 24 comprova que as curvas de efluentes obtidas a partir de amostras
com estrutura indeformada possuem menor declividade em relação às curvas obtidas
a partir de amostras destorroadas, para ambos os íons em estudo, evidenciando assim
maior dispersividade dos íons. De acordo com JURY et al. (1991), em amostras com
estrutura indeformada a dispersão e difusão dos solutos são mais evidentes ao longo
da coluna de solo, comparativamente às amostras destorroadas.
Nas Tabelas 9 e 10 estão apresentados, respectivamente, os valores do fator
de retardamento (R), do coeficiente dispersivo-difusivo (D) e do coeficiente de
distribuição (Kd), obtidos a partir de amostras com estrutura indeformada e amostras
destorroadas do LVAd, para os íons potássio e magnésio.
Tabela 9 - Valores do fator de retardamento (R), do coeficiente dispersivo-difusivo
(D) e do coeficiente de distribuição (Kd), obtidos para o íon potássio a
partir de amostras com estrutura indeformada e amostras destorroadas do
Latossolo Vermelho Amarelo (LVAd)
LVAd
Amostra com estrutura
indeformada
Amostra destorroada
Repetições
R
D
(cm² h
-1
)
Kd
(cm³ g
-1
)
R
D
(cm² h
-1
)
Kd
(cm³ g
-1
)
1
1,962 49,268 0,560 1,699 11,601 0,407
2
2,061 620,436 0,618 1,720 5,582 0,419
3
1,906 23,310 0,528 1,730 11,215 0,425
4
1,947 277,219 0,552 1,738 20,098 0,430
Média
1,969 242,558 0,565 1,722 12,124 0,420
44
Tabela 10 - Valores do fator de retardamento (R), do coeficiente dispersivo-difusivo
(D) e do coeficiente de distribuição (Kd), obtidos para o íon magnésio a
partir de amostras com estrutura indeformada e amostras destorroadas do
Latossolo Vermelho Amarelo (LVAd)
LVAd
Amostra com estrutura
indeformada
Amostra destorroada
Amostra
R
D
(cm² h
-1
)
Kd
(cm³ g
-1
)
R
D
(cm² h
-1
)
Kd
(cm³ g
-1
)
1
1,683 59,079 0,398 1,364 10,423 0,212
2
1,777 789,120 0,453 1,336 3,491 0,196
3
1,658 26,222 0,383 1,454 12,888 0,264
4
1,693 372,575 0,404 1,391 19,403 0,228
Média
1,703 311,749 0,410 1,386 11,551 0,225
Os valores do fator de retardamento e do coeficiente de distribuição obtidos
em amostras do LVAd, com estrutura, foram maiores em relação aos valores destes
parâmetros determinados em amostras destorroadas. Embora as amostras
destorroadas possuam uma maior área específica em contato com a solução
percolante, observou-se que a velocidade de escoamento da solução, foi menos
determinante na movimentação de solutos nesta modalidade de amostras. Acredita-se
que houve uma maior difusão intra-agregados, dos íons, nas amostras com estrutura
indeformada, o que resultou em maiores valores do fator de retardamento e do
coeficiente de distribuição no LVAd.
De maneira semelhante aos resultados obtidos para o PVAe, no LVAd os
valores do coeficiente dispersivo-difusivo nas amostras com estrutura indeformada
foram superiores ao valores determinados em amostras destorroadas. Na Tabela 11
estão apresentados os valores médios da dispersividade para ambos os íons em
amostras com estrutura indeformada e destorroadas do LVAd.
45
Tabela 11 - Valores médios obtidos de dispersividade (
λ), para os íons potássio e
magnésio, em amostras com estrutura indeformada e destorroadas do
Latossolo Vermelho Amarelo distrófico (LVAd)
Dispersividade (cm)
Amostra com estrutura
indeformada
Amostra destorroada
Potássio
17,07 7,65
Magnésio
0,50 0,47
Comparando os valores obtidos entre os dois tipos de solo, observou-se que a
diferença entre os resultados obtidos a partir de amostras com estrutura indeformada
e amostras destorroadas não foi tão grande no LVAd, em comparação com o PVAe,
o que evidenciou que não houve tanta interferência da estrutura do solo para este
caso, principalmente para o fator de retardamento e para o coeficiente de
distribuição.
De acordo com RESENDE et al. (2007), em solos com estrutura típica de
grânulos, como o LVAd, os agregados têm mais ou menos as mesmas dimensões em
todos os eixos e não há direção preferencial nestes solos. A fração argila do LVAd é
composta principalmente por argilas 1:1, de área específica menor e,
conseqüentemente, possui baixa reatividade. Portanto, quando se destorroa este tipo
de solo, alterando sua estrutura, não se cria um meio tão diferente das condições
naturais, no que diz respeito às características físicas e químicas.
FERREIRA et. al (2006), MÉLO et al. (2006) e OLIVEIRA et al. (2004)
trabalharam com amostras destorroadas de diferentes argissolos e latossolos, estes
autores obtiveram maiores valores para o fator de retardamento e menores valores
para o coeficiente dispersivo-difusivo dos íons potássio e magnésio, relativamente
aos valores obtidos a partir de amostras com estrutura indeformada do PVAe e
LVAd.
MÉLO et al. (2006) e OLIVEIRA et al. (2004) ressaltaram que a redução do
tempo de contato entre os solutos e os colóides do solo, em razão de uma menor
velocidade de escoamento da solução percolante, podem resultar em menores valores
do fator de retardamento. ROSSI et al. (2007) compararam valores do fator de
retardamento, da dispersividade e do coeficiente de dispersão para o íon nitrato em
46
dois latossolos, considerando amostras com estrutura indeformada e destorroadas.
Neste trabalho os autores obtiveram valores superiores do fator de retardamento e do
coeficiente dispersivo nas amostras destorroadas, enquanto o valor da dispersividade
foi maior nas amostras com estrutura indeformada. Os autores afirmam que os
parâmetros obtidos a partir de amostras destorroadas não são representativos das
condições naturais do solo.
O valor médio do fator de retardamento e do coeficiente dispersivo-difusivo,
obtidos para o íon potássio, foram maiores no PVAe relativamente àqueles obtidos
no LVAd. As características físico-químicas dos dois solos permitem a interpretação
desse comportamento. A CTC
t
é maior no LVAd em relação ao PVAe, no entanto a
CTC
t
do LVAd está associada a alta concentração de alumínio, que é um íon
trivalente e, por esta razão, é fortemente adsorvido aos colóides do solo. No PVAe a
CTCt está associada às bases trocáveis, principalmente cálcio e magnésio, que
proporcionam maior interação com o potássio presente em concentração mais
elevada na solução percolante (solução de trabalho). Considerando-se o íon
magnésio, o valor médio do fator de retardamento e do coeficiente de distribuição
foram maiores no LVAd relativamente ao PVAe. Acredita-se que, rapidamente os
sítios de adsorção dos colóides seriam saturados pelo íon magnésio presente na
solução percolante e, conseqüentemente, a concentração relativa C
e
/C
0
= 0,5 foi
atingida com um menor número de volume de poros, acarretando assim, menores
valores do fator de retardamento e do coeficiente de distribuição neste solo, em
relação ao LVAd. O coeficiente dispersivo-difusivo foi maior, para ambos os íons
em estudo, no PVAe. A maior velocidade de escoamento da solução percolante no
PVAe, foi determinante para os maiores valores do coeficiente dispersivo-difusivo,
em relação ao LVAd.
Nas Tabelas 12, 13, 14 e 15 estão apresentados, respectivamente, a análise de
variância e Teste de Tukey, a 5% de significância, das médias do fator de
retardamento (R), do coeficiente de distribuição (Kd) e do coeficiente dispersivo-
difusivo (D) dos íons potássio e magnésio, considerando amostras com estrutura
indeformada (M1) e amostras destorroadas (M2), para o PVAe e o LVAd.
A fim de que o coeficiente dispersivo-difusivo seguisse uma distribuição
normal foi realizada uma transformação deste parâmetro, sendo que D’ = log (D).
47
Tabela 12 - Análise de variância do fator de retardamento (R), coeficiente de
distribuição (Kd) e do coeficiente dispersivo-difusivo transformado
(D’) do íon potássio, obtidas a partir de amostras com estrutura
indeformada e amostras destorroadas do Argissolo Vermelho Amarelo
eutrófico (PVAe) e do Latossolo Vermelho Amarelo distrófico (LVAd)
ANOVA
Quadrado Médio
F.V. G.L. R Kd D’
Modalidade de amostras
1 25,2858* 8,1935* 12,6409*
Solo
1 15,1905* 4,8337* 5,0625*
Modalidade de amostras x
Solo
1 30,5035* 9,9283* 2,2192**
Resíduo
12 0,0116 0,0047 0,2451
C.V. (%)
3,821 6,551 23,352
* significativo a 1% pelo teste F; ** - significativo a 5% pelo teste F.
Tabela 13 - Teste de Tukey a 5 % de significância das médias do fator de
retardamento (R), coeficiente de distribuição (Kd) e do coeficiente
dispersivo-difusivo transformado (D’) do íon potássio, obtidas a partir
de amostras com estrutura indeformada e amostras destorroadas do
Argissolo Vermelho Amarelo eutrófico (PVAe) e do Latossolo
Vermelho Amarelo distrófico (LVAd)
Teste Tukey
R Kd D’
M1 M2 M1 M2 M1 M2
PVAe
1,16bB 6,43aA 0,09bB 3,1aA 3,94aA 1,42bB
LVAd
1,97aA 1,72bB 0,56aA 0,42bB 2,07aA 1,04bA
As médias seguidas de pelo menos uma mesma letra minúscula na linha e maiúscula
na coluna para cada variável não difere entre si em nível de 5% de significância pelo
Teste de Tukey.
48
Tabela 14 - Análise de variância do fator de retardamento (R), coeficiente de
distribuição (Kd) e do coeficiente dispersivo-difusivo transformado
(D’) do íon magnésio, obtidas a partir de amostras com estrutura
indeformada e amostras destorroadas do Argissolo Vermelho Amarelo
eutrófico (PVAe) e do Latossolo Vermelho Amarelo distrófico (LVAd)
ANOVA
Quadrado Médio
F.V. G.L.
R Kd D’
Modalidade de amostras
1 0,2273* 0,0701* 17,7534*
Solo
1 1,9134* 0,6412* 0,0005*
Modalidade de amostras x
Solo
1 1,2315* 0,4016* 3,4735**
Resíduo
12 0,0659 0,0018 0,6657
C.V. (%)
6,18 35,986 51,918
* significativo a 1% pelo teste F; ** - significativo a 5% pelo teste F.
Tabela 15 - Teste de Tukey a 5 % do fator de retardamento (R), coeficiente de
distribuição (Kd) e do coeficiente dispersivo-difusivo transformado
(D’) do íon magnésio, obtidas a partir de amostras com estrutura
indeformada e amostras destorroadas do Argissolo Vermelho Amarelo
eutrófico (PVAe) e do Latossolo Vermelho Amarelo distrófico (LVAd)
Teste Tukey
R Kd D’
M1 M2 M1 M2 M1 M2
PVAe
0,46bB 1,25aA -0,31bB 0,14aA 3,09aA 0,05bA
LVAd
1,70aB 1,39bA 0,41aB 0,22bA 2,16aA 0,99aA
As médias seguidas de pelo menos uma mesma letra minúscula na linha e maiúscula
na coluna para cada variável não difere entre si ao nível de 5% de significância pelo
Teste de Tukey.
Para ambos os íons, houve diferença significativa a 1 % entre as duas
modalidades de amostras (amostras com estrutura indeformada e amostras
49
destorroadas) e os dois tipos de solo (PVAe e LVAd), como pode ser observado nas
Tabelas 14 e 16.
De acordo com os resultados do Teste de Tukey, a 5 % de significância,
houve diferença entre as médias obtidas a partir de amostras com estrutura
indeformada e destorroadas de todos os parâmetros, para ambos os íons nos dois
tipos solos, com exceção de D’ para o íon magnésio no LVAd, que não apresentou
diferença significativa entre as médias.
Observando-se os dois tipos de solo, houve diferença, a 5% de significância,
pelo Teste de Tukey, entre as médias dos parâmetros de mobilidade do íon potássio
obtidos a partir de amostras do PVAe e LVAd, exceto para o D’ em amostras de solo
retiradas com o método desenvolvido. Não houve diferença significativa pelo Teste
de Tukey a 5%, entre as médias dos parâmetros de mobilidade do íon magnésio
obtidos a partir de amostras do PVAe e LVAd.
4.3. Concentrações residentes, simuladas, em perfis de 1,0 m de profundidade
Utilizando os parâmetros de transporte de solutos e o programa
computacional Disp, para amostras com estrutura indeformada e destorroadas,
realizaram-se simulações das concentrações residentes dos íons potássio e magnésio.
Nas curvas de concentrações residentes apresentadas nas Figuras 25 e 26
verifica-se o deslocamento dos íons potássio e magnésio em perfil de 1,00 m de
profundidade de um PVAe e de um LVAd, após 1:00 e 5:00 horas de aplicação
contínua da solução de trabalho.
50
(a)
(b)
Figura 25 - Concentrações residentes dos íons em perfil de 1,00 m de profundidade
de um Argissolo, após 1:00 e 5:00 horas de aplicação da solução de
trabalho: (a) potássio; e (b) magnésio.
(a)
(b)
Figura 26 - Concentrações residentes dos íons em perfil de 100 cm de profundidade
de um Latossolo após 1:00 e 5:00 horas de aplicação da solução de
trabalho: (a) potássio; e (b) magnésio.
Tomando-se como referência a profundidade de 0,40 m e o íon potássio,
observa-se que as concentrações residente no perfil do PVAe, após 1:00 e 5:00 horas
de aplicação da solução de trabalho, foi 0,00 mg L
-1
em amostras destorroadas,
enquanto em amostras com estrutura indeformada as concentrações foram 118,62 e
352,99 mg L
-1
. Para o LVAd, as concentrações do mesmo íon e profundidade foram
51
0,00 e 399,96 mg L
-1
em amostras destorroadas e 25,52 e 384,84 mg L
-1
em
amostras com estrutura indeformada, após 1:00 e 5:00 horas de aplicação da solução
de trabalho. A concentração nos perfis do íon magnésio apresentou comportamento
semelhante ao do potássio.
As concentrações residentes em função da profundidade foram maiores
quando as simulações eram realizadas a partir dos parâmetros obtidos de amostras
com estrutura indeformada. Essas diferenças entre as concentrações residentes
obtidas a partir de amostras com estrutura indeformada e destorroadas estão
associadas à maior dispersividade dos íons e da velocidade de escoamento da solução
de trabalho em perfis com estrutura inalterada. Os menores valores do fator de
retardamento associados à existência de caminhos preferências que favorecem o
fluxo e a velocidade de escoamento da solução de trabalho em amostras com
estrutura indeformada do PVAe, são responsáveis pela ocorrência de maior
concentração residente dos íons em maiores profundidades. Por outro lado, o fato de
o fator de retardamento ser semelhante tanto nas amostras destorroadas e com
estrutura indeformada do LVAd, o maior avanço dos íons para o caso de amostras
com estrutura indeformada está estritamente relacionado aos maiores valores da
velocidade de escoamento e à conseqüente dispersividade dos íons nesta modalidade
de amostra.
Os resultados obtidos comprovam a necessidade de se utilizar amostras de
solo com estrutura na obtenção de parâmetros de entrada nos modelos que simulam a
mobilidade de contaminantes no perfil do solo como, no caso de avaliação de
contaminações.
4.4. Condutividade hidráulica
Nas Tabelas 16 e 17 estão apresentados, para os solos PVAe e LVAd,
respectivamente, os valores de condutividade hidráulica em meio saturado obtidos a
partir de amostras retiradas utilizando o método de amostragem desenvolvido,
amostras destorroadas e amostras coletadas com o amostrador de Uhland
52
Tabela 16 - Valores de condutividade hidráulica obtidos a partir de amostras
retiradas utilizando o método desenvolvido (M1), amostras
destorroadas (M2) e amostras coletadas com o amostrador de Uhland
(M3) do Argissolo Vermelho Amarelo eutrófico (PVAe)
PVAe
K
0
(cm³ cm
-
² min
-1
)
Repetições M1 M2 M3
1
42,69 4,32 0,00
2
34,29 2,94 0,00
3
14,99 5,19 0,00
4
5,06 2,65 0,63
Média
24,26 3,78 0,16
Tabela 17 - Valores de condutividade hidráulica obtidos a partir de amostras
retiradas utilizando o método desenvolvido (M1), amostras
destorroadas (M2) e amostras coletadas com o amostrador de Uhland
(M3) do Latossolo Vermelho Amarelo distrófico (LVAd)
LVAd
K
0
(cm³ cm
-
² min
-1
)
Repetições M1 M2 M3
1
4,58 10,49 1,61
2
27,28 7,77 4,11
3
7,58 11,58 0,00
4
17,26 11,79 0,71
Média
14,17 10,41 1,61
Observou-se que para ambos os solos, amostras com estrutura indeformada
retiradas utilizando-se o método de amostragem desenvolvido apresentaram valores
superiores de condutividade hidráulica em relação aos valores obtidos em amostras
destorroadas e amostras retiradas com o amostrador de Uhland. Estes resultados
comprovam que a condutividade hidráulica do solo saturado, não depende apenas da
porosidade total, mas também, do tamanho dos poros e da continuidade deles. De
53
acordo com HILLEL (1980), a porosidade total, a distribuição dos tamanhos dos
poros e a tortuosidade do meio poroso são as características do solo que mais afetam
a condutividade hidráulica. Amostras destorroadas não preservam a estrutura do solo,
elimina os canais preferenciais ao escoamento de água, altera a geometria dos poros,
o que por sua vez altera o formato natural de escoamento da água e solutos no solo.
As amostras coletadas utilizando-se o amostrador de Uhland foram as que
apresentaram menores valores de condutividade hidráulica. Na retirada de amostras,
empregando-se métodos de cravação do cilindro de amostragem, tal como o do
amostrador de Uhland, pode haver quebra e deformação da estrutura original do solo.
A compactação das amostras em virtude do atrito com as paredes dos anéis é a
principal causa de insucesso no uso desses métodos.
Nas Tabelas 18 e 19 estão apresentados, respectivamente, a análise de
variância e o Teste Tukey a 5 % de significância das médias, realizados a partir dos
valores de condutividade hidráulica determinados a partir de amostras dos solos
PVAe e LVAc, considerando-se os três métodos de amostragem.
Tabela 18 - Análise de variância da condutividade hidráulica obtidas a partir de
amostras retiradas utilizando o método desenvolvido (M1), amostras
destorroadas (M2) e amostras coletadas com o amostrador de Uhland
(M3) do Argissolo Vermelho Amarelo eutrófico (PVAe) e do Latossolo
Vermelho Amarelo distrófico (LVAd)
ANOVA
Quadrado Médio
F.V. G.L.
K
0
Método de amostragem
2 695,6339*
Solo
1 2,6753*
Método de amostragem x Solo
2 146,4414**
Resíduo
18 68,6803
C.V. (%)
91,437
* significativo a 1% pelo teste F; ** - significativo a 5% pelo teste F.
54
Tabela 19 - Teste Tukey a 5 % de significância das médias de condutividade
hidráulica obtidas a partir de amostras retiradas utilizando o método
desenvolvido (M1), amostras destorroadas (M2) e amostras coletadas
com o amostrador de Uhland (M3)
Teste Tukey
Médias Comparações
M1
19,2164 A
M2
7,0923 B
M3
0,8818 B
As médias seguidas de pelo menos uma mesma maiúscula na coluna não diferem
entre si em nível de 5% de significância, pelo Teste de Tukey.
De acordo com a análise variância, os valores da condutividade hidráulica em
meio saturado, obtidos a partir de amostras retiradas com o método desenvolvido,
amostrador de Uhland e amostras destorroadas, para ambos os solos, diferiram 1 %
de significância entre si.
De acordo com o Teste de Tukey, a 5 % de significância, as médias de
condutividade hidráulica em meio saturado, obtidas a partir de amostras retiradas
com o método desenvolvido, diferiram significativamente daquelas determinadas a
partir de amostras destorroadas e das amostras retiradas com o amostrador de
Uhland, que, por sua vez, não diferem entre si.
Os resultados obtidos para os parâmetros de transporte de solutos e para a
condutividade hidráulica comprovaram a hipótese de que na determinação destes
parâmetros é necessário manter inalterada a estrutura do solo quando se deseja fazer
inferências dos dados às condições em campo. Também não deixam dúvidas de que,
ao alterar a estrutura natural do solo, tanto o padrão de escoamento da solução quanto
dos íons nela contidos ficam alterados, produzindo, assim, resultados que não devem
ser utilizados em programas computacionais para simular condições de campo.
O amostrador desenvolvido apresentou resultados convincentes além de
mostrar, que é possível retirar amostras em uma faixa de profundidade maior, com
um mínimo de perturbação da estrutura do solo além da fácil operacionalidade e
baixo custo.
55
4. CONCLUSÃO
Diante dos resultados obtidos conclui-se que:
- O método desenvolvido para a amostragem de solo com estrutura é eficaz,
de fácil operacionalidade e de baixo custo.
- Os valores obtidos para o fator de retardamento, coeficiente dispersivo-
difusivo e coeficiente de distribuição a partir de amostras com estrutura indeformada
diferem a 1 % de significância daqueles obtidos a partir de amostras de solo
destorroado, em ambos os solos.
- As médias dos parâmetros de mobilidade de solutos no solo (R, D e Kd)
obtidos a partir de amostras com estrutura indeformada, diferem significativamente,
pelo Teste de Tukey a 5% de significância, das médias obtidas a partir de amostras
destorroadas, nos dois tipos solos, com exceção do coeficiente dipsersivo-difusivo
transformado (D’) para o íon magnésio no LVAd, que não apresentou diferença
significativa entre as médias .
- As concentrações residentes são sensivelmente maiores quando as
simulações são realizadas a partir dos parâmetros obtidos de amostras com estrutura
indeformada. Essas diferenças entre as concentrações residentes obtidas a partir de
amostras com estrutura indeformada e destorroadas estão associadas à maior
dispersividade dos íons e da velocidade de escoamento da solução de trabalho em
perfis com estrutura inalterada.
- Os valores de condutividade hidráulica em meio saturado, dos solos PVAe e
LVAd, obtidos a partir de amostras retiradas com o método desenvolvido,
amostrador de Uhland e amostras destorroadas diferem 1 % de significância entre si.
- De acordo com o Teste de Tukey, a 5 % de significância, as médias de
condutividade hidráulica em meio saturado, obtidas a partir de amostras retiradas
com o método desenvolvido, diferem significativamente daquelas determinadas a
partir de amostras destorroadas e das amostras retiradas com o amostrador de
Uhland, que, por sua vez, não diferem entre si.
56
5. LITERATURA CITADA
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