PERMEABILIDADE SUPERFICIAL DE SOLOS DA SUB-BACIA DO CÓRREGO

CENTENÁRIO DA CIDADE DE LAVRAS-MG

FABRÍCIO DE MENEZES TELO SAMPAIO

2004

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FABRÍCIO DE MENEZES TELO SAMPAIO

PERMEABILIDADE SUPERFICIAL DE SOLOS DA SUB-BACIA DO CÓRREGO CENTENÁRIO DA CIDADE DE LAVRAS-MG

Dissertação apresentada à Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola, área de concentração Construções Rurais e Ambiência, para obtenção do título de “Mestre”.

Orientador

Prof. Dr. Stélio Maia Menezes

LAVRAS

MINAS GERAIS - BRASIL

2004

Ficha Catalográfica Preparada pela Divisão de Processos Técnicos da Biblioteca Central da UFLA

Sampaio, Fabrício de Menezes Telo Permeabilidade superficial de solos da sub-bacia do córrego Centenário da cidade de Lavras-MG / Fabrício de Menezes Telo Sampaio. -- Lavras : UFLA, 2004.

42 p. : il.

Orientador: Stélio Maia Menezes. Dissertação (Mestrado) – UFLA. Bibliografia.

1. Permeabilidade do solo. 2. Mecânica do solo. 3. Atributo físico do solo. I.

Universidade Federal de Lavras. II. Título.

CDD-631.43

FABRÍCIO DE MENEZES TELO SAMPAIO

PERMEABILIDADE SUPERFICIAL DE SOLOS DA SUB-BACIA DO CÓRREGO CENTENÁRIO DA CIDADE DE LAVRAS-MG

Dissertação apresentada à Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola, área de concentração Construções Rurais e Ambiência, para obtenção do título de “Mestre”.

APROVADA em quinta-feira, 29 de julho de 2004

Prof. Dr. Mozart Martins Ferreira UFLA

Prof. Dr. David de Carvalho UNICAMP

Profa. Dra. Maria da Glória Bastos de Freitas Mesquita UFLA

Prof. Dr. Stélio Maia Menezes

UFLA

(Orientador)

LAVRAS

MINAS GERAIS - BRASIL

A DEUS,

OFEREÇO

A minha noiva, Cyntia Azevedo, pelo amor, carinho e compreensão,

Aos meus pais, Paulo e Vera, pela confiança em meus estudos,

A minha querida avó Francisca, e ao meu avô Carlos (Carlito - in memorian), que sempre acreditaram em meu potencial,

A toda minha família,

Aos amigos, especialmente ao Ricardo,

A todos que colaboraram e acreditaram,

DEDICO

AGRADECIMENTOS

A DEUS, pela saúde e por estar sempre presente em minha vida.

À Universidade Federal de Lavras, por me oferecer mais esta oportunidade.

Ao Professor Dr. Stélio Maia Menezes, pela orientação, apoio e amizade concedidos ao longo do curso.

À Coordenadoria de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pela concessão da bolsa de estudo.

Aos professores que participaram diretamente da minha formação, enriquecendo meus conhecimentos.

Aos funcionários do Departamento de Engenharia.

Aos graduandos em Engenharia Agrícola Gleydson e Henrique, pela ajuda nos ensaios laboratoriais.

Aos amigos e colegas, especialmente ao Marcelo.

À minha família.

A todos que contribuíram para a realização desta pesquisa.

SUMÁRIO

RESUMO.................................................................................................................. i

ABSTRACT ............................................................................................................ ii

1 INTRODUÇÃO.................................................................................................... 1

2 REFERENCIAL TEÓRICO................................................................................. 2

2.1 A água no solo ................................................................................................... 2

2.2 Atributos físicos do solo .................................................................................... 3

2.3 Permeabilidade do solo...................................................................................... 5

2.4 Fatores que interferem na permeabilidade do solo ............................................ 8

2.5 Variabilidade espacial da permeabilidade do solo........................................... 10

3 MATERIAL E MÉTODOS............................................................................... 14

3.1 Caracterização do local.................................................................................... 14

3.2 Retirada de amostras de solo no campo........................................................... 14

3.3 Ensaios realizados............................................................................................ 18

3.3.1 Ensaios em laboratório ................................................................................. 19

3.3.1.1 Teor de umidade do solo............................................................................ 19

3.3.1.2 Massa específica do solo natural ............................................................... 19

3.3.1.3 Massa específica do solo seco.................................................................... 19

3.3.1.4 Massa específica dos sólidos ..................................................................... 20

3.3.1.5 Análise granulométrica do solo ................................................................. 20

3.3.1.6 Consistência do solo .................................................................................. 21

3.3.1.7 Porosidade do solo..................................................................................... 21

3.3.1.8 Permeabilidade do solo a carga variável.................................................... 22

3.3.2 Ensaios de campo ......................................................................................... 24

3.3.2.1 Resistência à penetração ............................................................................ 24

3.3.2.2 Permeabilidade à carga variável in situ ..................................................... 25

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO........................................................................ 27

4.1 Atributos físicos do solo .................................................................................. 27

4.1.1 Permeabilidade do solo................................................................................. 27

4.1.2 Granulometria do solo .................................................................................. 28

4.1.3 Massas específicas ........................................................................................ 29

4.1.4 Consistência do solo ..................................................................................... 30

4.1.5 Porosidade do solo........................................................................................ 31

4.1.6 Resistência à penetração ............................................................................... 31

4.2 Análises de correlação ..................................................................................... 32

5 CONCLUSÕES .................................................................................................. 38

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................... 39

i

RESUMO

SAMPAIO, Fabrício de Menezes Telo. Permeabilidade superficial de solos da sub-bacia do córrego Centenário da cidade de Lavras-MG. 2004. 42 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG∗

A permeabilidade do solo é um atributo físico de grande importância para a engenharia, sendo necessária a sua determinação nos trabalhos em que se tem movimento de água no solo. O coeficiente de permeabilidade é dependente de algumas características do solo, como a porosidade, massa específica, textura e estrutura. Nesta pesquisa, objetivou-se estudar a permeabilidade do solo de diferentes localidades dentro da sub-bacia do córrego Centenário, localizado na área urbana da cidade de Lavras-MG. Foram realizados ensaios com amostras de solo deformadas e indeformadas, retiradas na profundidade de 0 a 20 cm, em 10 locais dessa sub-bacia. As amostras deformadas foram utilizadas para a análise granulométrica do solo e determinação dos limites de consistência do solo e da massa específica dos sólidos. Já com as amostras indeformadas objetivou-se a determinação do coeficiente de permeabilidade em laboratório, além da porosidade total, macro e microporosidade, massa específica do solo seco e a massa específica do solo natural. No campo, executaram-se os ensaios de resistência à penetração e de permeabilidade in situ. Na coleta de amostras indeformadas, para o ensaio de permeabilidade, utilizou-se um amostrador projetado especialmente para esta pesquisa. Esse amostrador apresentou boa eficiência na representatividade dos solos retirados, comparando os resultados dos ensaios em laboratório com os ensaios de campo. Os atributos do solo que melhor se correlacionaram com a permeabilidade foram a macroporosidade, microporosidade, resistência à penetração e a massa específica do solo. Os solos estudados, predominantemente classificados quanto a sua granulometria como silte-argilosos, apresentaram, em sua maior parte, valores moderados de permeabilidade e baixas porcentagens de macroporos.

∗ Comitê Orientador: Stélio Maia Menezes - UFLA (Orientador), Elisabeth Ferreira - UFLA (Co-orientadora).

ii

ABSTRACT

SAMPAIO, Fabrício de Menezes Telo. Permeability superficial of soils of the sub-basin of the stream Centenário from the city of Lavras-MG. 2004. 42 p. Dissertation (Master of Science in Agricultural Engineering) – Federal University of Lavras, Lavras, MG∗

The permeability of the soil is a physical attribute of great importance for engineering, being necessary its determination in the works where if it has water movement in the soil. The coefficient of permeability is dependent of some characteristics of the soil, as the porosity, the specific gravity of soil, texture and specific gravity of solids. This research aimed to study the permeability of the soil of different localities of the sub-basin of the stream Centenário, located in the urban area of the Lavras city. Tests were realized with disturbed and undisturbed samples of soil, removed in the depth of 0 the 20 cm in 10 places of this sub-basin. The disturbed samples were utilized to the grain-size analysis and determination of the consistency limits and the specific gravity of solids. Already the undisturbed samples aimed the determination of the coefficient of permeability in laboratory, beyond the total porosity, macro and microporosity, density dry and specific gravity of the soil. In the field, were executed the tests of resistance to the penetration and permeability in situ. In the collection of undisturbed samples, for the permeability test, were used a sampler projected especially for this research. This sampler presented good efficiency in the representation of sampling soils, comparing the results of the tests in laboratory with the field tests. The attributes that correlated better with the permeability of the soil were the macroporosity, the microporosity, the resistance to the penetration and the specific gravity of the soil. The studied soils, predominantly classified as clayey-silt, had presented, in its bigger part, moderate values of permeability and low values of percentagens of macropores.

∗ Guidance Committee: Stélio Maia Menezes - UFLA (Major Professor), Elisabeth Ferreira - UFLA.

1

1 INTRODUÇÃO

A permeabilidade do solo apresenta grande importância no custo e na

dificuldade de muitos trabalhos de construção, mais especificamente naqueles

que estão associados com estruturas hidráulicas. O conhecimento do valor do

coeficiente de permeabilidade de um solo é fundamental em diversos problemas

de engenharia, podendo-se citar entre eles a resistência do solo, drenagem,

recalque, rebaixamento de aqüífero, escoamento d´água, enfim, em diversos

problemas que envolvem escoamento de água nos solos.

O problema da impermeabilização do solo é notável nos grandes centros

urbanos, causando, freqüentemente, transtornos aos seus habitantes. Além do

calçamento e construções, os solos sem proteção superficial geralmente

apresentam-se compactados, dificultando a infiltração da água. Esses problemas,

quase sempre, estão associados a uma má organização do crescimento urbano,

gerando problemas conhecidos como as enchentes, em conseqüência da

sobrecarga hidráulica dos cursos d’água.

Vários são os atributos do solo que influenciam nos valores do

coeficiente de permeabilidade de um solo, sendo os de maior importância a

porosidade do solo, massa específica do solo e textura. Esses atributos podem

interferir associados a outros, ou diretamente, no caso da macroporosidade.

Procurou-se, nesta pesquisa, estudar a permeabilidade do solo da sub-

bacia do córrego Centenário, que está localizado na área urbana da cidade de

Lavras-MG.

Objetivou-se, também, correlacionar os diferentes atributos físicos do

solo da área em questão com os valores de permeabilidade encontrados.

2

2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 A água no solo

A água se encontra no solo sob um estado de energia denominado de

potencial da água e que varia de ponto para ponto no perfil do solo. Esse

potencial é constituído de alguns componentes que, somados, fornecem o

potencial total da água no solo. Os principais componentes do solo são:

potencial de pressão, potencial osmótico, potencial gravitacional e potencial

matricial (Rodrigues, 1988).

A água ocupa parte ou totalidade dos vazios do solo. A água existente

nos vazios de um meio permeável ocorre sob forma de água retida, que

permanece aderente à fase sólida sob a ação de fenômenos físico-químicos e

capilares, e água livre, que escoa sob a ação da gravidade (Franciss, 1980).

Submetida a diferenças de potenciais, a água livre se desloca no interior do solo.

Essa migração da água pode provocar tensões no solo.

Para o fluxo d´água em um meio saturado, apenas os componentes

gravitacional e de pressão são importantes no potencial total. A água se move

sempre que existirem diferenças de potencial total nos diferentes pontos dentro

do sistema e esse movimento é sempre no sentido do menor potencial

(Reichardt, 1985).

O solo apresenta uma capacidade limitada de conduzir a água no seu

interior. Se o volume de água que chega à superfície do solo for superior ao que

se pode mover para o interior, a água tende a acumular-se na superfície ou a

escorrer, superficialmente, se o terreno for inclinado (Oliveira, 1990).

Segundo Pinto (2000), o estudo da percolação da água nos solos é muito

importante porque ela intervém num grande número de problemas práticos,

podendo-se agrupar em três tipos: cálculo das vazões, como, por exemplo, na

3

estimativa da quantidade de água que se infiltra numa escavação; análise de

recalques, porque, freqüentemente, recalque está relacionado com a diminuição

de índice de vazios, que ocorre pela expulsão de água desses vazios; e estudos

de estabilidade, porque a tensão efetiva (que comanda a resistência do solo)

depende da pressão neutra, que, por sua vez, depende das tensões provocadas

pela percolação da água.

2.2 Atributos físicos do solo

A permeabilidade do solo é dependente de vários atributos do solo,

principalmente da massa específica do solo, massa específica dos sólidos,

porosidade, macro e microporosidade (Mesquita & Moraes, 2004).

Segundo Reichardt (1985), a massa específica dos sólidos expressa a

relação entre a massa de partículas sólidas e o volume ocupado por elas e, como

depende de sua constituição mineral, varia relativamente pouco de um solo para

outro. Já a massa específica do solo seco é considerada uma propriedade do solo

e relaciona a massa de partículas sólidas ao volume total do solo, levando em

consideração o volume de vazios, ou seja, os espaços que podem estar ocupados

por água e/ou ar; portanto, um índice do grau de compactação do solo. Segundo

o mesmo autor, a massa específica do solo seco entre os solos arenosos oscila

entre 1,40 g/cm3 a 1,80 g/cm3 e, para solos argilosos, entre 0,90 g/cm3 a 1,60

g/cm3.

Segundo Ferreira et al. (2000), a textura do solo se constitui numa das

características físicas mais estáveis e representa a distribuição quantitativa das

partículas do solo quanto ao tamanho (granulometria), sendo considerada um

elemento de grande importância na identificação e classificação do solo.

A textura e a estrutura apresentam influência sobre o espaço poroso do

solo, sua porosidade total e distribuição de poros, dificultando em maior ou

menor intensidade o movimento da água (Mesquita, 2001). A textura determina

4

a área de contato entre as partículas sólidas-água e as proporções de poros dos

diferentes tamanhos. A estrutura determina o arranjamento das partículas e,

assim, a distribuição de poros no solo (Ferreira & Dias Júnior, 1996).

A porosidade é um atributo muito importante e que está diretamente

relacionado com a qualidade estrutural do solo. Valores críticos da

macroporosidade encontram-se abaixo dos valores compreendidos entre 10 e

16 % (Baver et al. 1972, citados por Martins et al., 2002).

Segundo Da Ros et al. (1997), a faixa ideal de macroporosidade de um

solo está compreendida entre os valores de 9 e 12 %.

Mesquita & Moraes (2004) citam que a medida da permeabilidade e da

macroporosidade do solo são provenientes do mesmo espaço poroso, esperando-

se que haja uma correlação entre essas variáveis. Os macroporos contribuem

para o fluxo de água nos poros com pequenos ou nenhum fluxo, atuando como

um reservatório transitório que permite o movimento da água mesmo quando o

solo não está totalmente saturado. Além disso, nos macroporos, predomina a

força da gravidade em relação à força de capilaridade, relativa ao movimento de

água no solo (Bever & Germann, 1982, citados por Mesquita & Moraes, 2004).

O limite de plasticidade é a umidade que separa a zona de friabilidade da

zona de plasticidade do solo (Hillel, 1982). Já o limite de liquidez é considerado

como sendo a umidade que separa o estado plástico do estado líquido do solo

(Vargas, 1977).

A compactação, definida como a compressão do solo não-saturado

durante a qual existe um aumento de sua massa específica, é resultante da

expulsão de ar dos poros do solo (Dias Júnior, 2000). O solo compactado

apresenta menor permeabilidade, pois neles ocorre a redução dos macroporos,

que são diretamente relacionados com a condutividade hidráulica.

5

A resistência à penetração é um atributo que indica o estágio de

compactação do solo. A penetrometria é considerada um método apropriado

para avaliar a resistência à penetração no solo pela facilidade e rapidez na

obtenção dos resultados, apesar de aquela ser dependente do conteúdo de água e

da massa específica do solo (Klein, 1998). A resistência do solo à inserção de

um penetrômetro é um método secundário na avaliação da compactação

(Camargo & Alleoni, 1997).

2.3 Permeabilidade do solo

A permeabilidade do solo é um dos atributos físicos mais importantes

para indicar a qualidade do solo, sendo dependente da quantidade, continuidade

e tamanho dos poros (Castro & Vieira, 1996; citados por Martins et al., 2002).

Permeabilidade é a propriedade do solo que indica a maior ou menor

facilidade que o mesmo oferece à passagem de água através de seus vazios. Essa

maior ou menor facilidade de passagem de água é numericamente expressa pelo

“Coeficiente de Permeabilidade (k)”, cujo conhecimento é muito importante

para os problemas de movimento d´água no solo (Alonso, 1999).

Segundo Pinto (2000), Darcy, em 1850, verificou em seus experimentos

como diversos fatores geométricos influenciavam a vazão da água, expressando

a equação que ficou conhecida pelo seu nome:

Q = k . h . A (01) L

em que:

Q = vazão;

A = área da amostra de solo;

k = coeficiente de permeabilidade.

6

A relação “h” (diferença entre a entrada e a saída d´água) por “L” (altura

da amostra de solo) é chamada de gradiente hidráulico, expresso pela letra “i”.

Assim, a Lei de Darcy assume o seguinte formato:

Q = k . i . A (02)

A vazão dividida pela área indica a velocidade com que a água sai do

solo. Essa velocidade, “v”, é chamada de velocidade de percolação. Em razão

dessa velocidade, a Lei de Darcy fica sendo:

v = k . i (03)

Da última expressão, conclui-se que o coeficiente de permeabilidade

indica à velocidade de percolação da água quando o gradiente é unitário.

Segundo Alonso (1999), a velocidade “v” corresponde à “velocidade de

fluxo”, isto é, a velocidade referida ao comprimento “L” da amostra e não ao

comprimento real percorrido pelas partículas da água dentro da mesma.

Observa-se, também, que a velocidade de fluxo “v” é numericamente igual ao

produto (k.i), ou seja, o coeficiente de permeabilidade “k” pode ser interpretado

como a velocidade (aparente) de descarga para um gradiente hidráulico unitário,

isto é, k = v/i ou k = v para i = 1.

A denominação “velocidade aparente” decorre não só do fato de que o

comprimento “L”, da equação de Darcy, é menor que o percorrido pela partícula

líquida, mas também porque a área de vazios por onde a água escoa é menor que

a área total correspondente à seção transversal, por onde ocorre o fluxo (Alonso,

1999); por isso, é importante diferenciar a velocidade de fluxo “v” da velocidade

de percolação (VP = Q/AV).

7

Segundo Neves (1987), pode-se determinar o coeficiente de

permeabilidade por diferentes maneiras: por meio de fórmulas empíricas,

(geralmente relacionadas com a granulometria do solo), por ensaios de

laboratório (com o uso de permeâmetros) e por ensaios de campo (infiltração,

bombeamento, recuperação e bombeamento).

Quando se obtêm amostras para serem ensaiadas em laboratório, essas

devem ser transportadas e preservadas de tal maneira que a estrutura natural não

seja danificada. O método que mais freqüentemente se aplica consiste na tomada

de amostras em cilindros metálicos (Gavande, 1976).

Conforme Godinho (2000), a avaliação da condutividade hidráulica dos

solos não-saturados é de fundamental importância na resolução de problemas

práticos ligados a projetos e manejo de irrigação e drenagem, transporte de

nutrientes, infiltração e escoamento da água de chuva e movimento de

substâncias contaminantes, visto que, a maior parte desses processos que

envolvem o movimento da água nos solos agrícolas ocorre quando o solo está

em sua condição de não-saturação.

Carvalho (2002) testou o método do perfil instantâneo com o objetivo de

avaliar a função “k” em função da umidade do solo, com e sem a exposição de

gradiente unitário e também o seu comportamento com relação aos horizontes

pedológicos do solo. Ele concluiu que, com os procedimentos utilizados de

delimitação da área para inundação e redistribuição da água, podem ser

empregados modelos simples que consideram unitário o gradiente de potencial

total.

Menezes (1998) diz que em pequenas barragens de terra, com fundações

e tapete impermeável a montante, a percolação ou perda d’água dá-se

predominantemente pelo aterro compactado, sendo proporcional ao coeficiente

de permeabilidade (k). Segundo o mesmo autor, na ausência de ensaios de

8

laboratório específicos, o que se faz é adotar valores tabelados, sugeridos em

razão da classificação dos solos.

Analisando-se 12 amostras não-compactadas de solo siltoso da região sul

de Minas, foi encontrado um valor médio de 2,1x10-4 cm/s (Menezes, 2000).

Como o efeito de compactação reduz significativamente a permeabilidade, pode-

se julgar que esse resultado é bem comparável com dados tabelados.

O estudo da permeabilidade também tem sua importância na área de

conservação dos solos, ajudando a distinguir solos mais predispostos à erosão.

Silva et al. (2001) avaliaram as perdas de solo e água por erosão, sob chuva

natural, de um cambissolo e um latossolo roxo em Lavras (MG), estudando,

entre outros atributos físicos, a influência da permeabilidade na predição de

susceptibilidade do solo à erosão. Foi observado que as perdas de solo e água

para o cambissolo eram maiores do que para o latossolo roxo; o cambissolo

apresentou menor valor de permeabilidade (9,9 x 10-4 cm/s) e o latossolo

apresentou-se com permeabilidade igual a 3,9 x 10-3 cm/s. Para esse último, os

atributos mineralógicos e químicos conferem uma melhor estrutura, colaborando

para uma maior permeabilidade do solo à água e um menor deflúvio.

2.4 Fatores que interferem na permeabilidade do solo

Os fatores que influenciam na permeabilidade de um solo estão ligados

às propriedades da água que percola no interior do solo e ao tipo de solo e suas

características.

Em relação à água, tanto a sua viscosidade quanto a sua massa específica

influenciam o valor da permeabilidade do solo, variando em função da

temperatura. A viscosidade é muito mais afetada, verificando-se facilmente que

quanto mais viscoso é o líquido, maior dificuldade ele terá para percolar entre

partículas (Bueno & Vilar, 1984; Neves, 1987).

9

Outras características da água, como, por exemplo, a sua composição

química, podem ter importância sobre a permeabilidade do solo, especialmente

em solos relativamente impermeáveis (Lambe & Whitman, 1981).

As principais características do solo que afetam a permeabilidade são:

tamanho das partículas, índice de vazios, grau de saturação e estrutura, sendo

essas, em geral, interdependentes em relação ao efeito causado à permeabilidade

(Bueno & Vilar, 1984).

Quanto menor for o tamanho das partículas do solo, menores serão as

dimensões dos canais de fluxo e, portanto, menor será a permeabilidade,

devendo-se levar em consideração a estrutura do solo (Neves, 1987). Conforme

Bueno & Vilar (1984), para solos arenosos, a permeabilidade varia com o

quadrado do tamanho das partículas. Lambe & Whitman (1981) demonstraram

por meio de dados experimentais que a maior influência sobre a permeabilidade

deve-se às partículas mais finas do solo.

Bueno & Vilar (1984) observaram, com os que experimentos, que a

relação entre o índice de vazios e o logaritmo do coeficiente de permeabilidade

aproxima-se bastante de uma reta para quase todos os tipos de solos.

A permeabilidade varia em função do grau de saturação do solo, sendo

esse ponto de grande importância no tocante a ensaios de permeabilidade em

laboratório, pois o valor do coeficiente de permeabilidade de um solo que não

está totalmente saturado pode ser muito diferente do valor para um solo saturado

(Neves, 1987). Conforme Pinto (2000) e Reichardt (1990), quanto maior o grau

de saturação do solo, maior o valor do coeficiente de permeabilidade, pois as

bolhas de ar existentes num solo não-saturado constituem obstáculo ao fluxo da

água.

A estrutura é uma das características mais importantes do solo em

relação à permeabilidade do mesmo, especialmente para os solos argilosos.

Amostras de um mesmo tipo de solo, com índices de vazios iguais, tenderão a

10

apresentar valores de permeabilidade diferentes em função da estrutura (Bueno

& Vilar, 1984). A amostra de solo, no seu estado disperso, terá uma

permeabilidade menor que a amostra de estrutura granular.

2.5 Variabilidade espacial da permeabilidade do solo

A partir do momento em que o solo começa a ser formado, até que

atinja um estado de equilíbrio dinâmico, a variabilidade espacial dos seus

atributos começa a existir, sendo mais acentuada nos solos mais jovens (Resende

et al., 1988).

Alguns autores citam que os atributos do solo podem apresentar uma

variabilidade acima de 200 %, principalmente aqueles relacionados à dinâmica

da água no solo. Entre esses, a permeabilidade do solo destaca-se como um

atributo de alta variabilidade, podendo até não apresentar uma estrutura de

dependência espacial definida (Farias, 1999).

Segundo Mesquita (2001), existem citações na literatura nas quais se

verifica que os valores de condutividade hidráulica do solo saturado em uma

mesma área podem ser muito variados, o que se reflete em grande amplitude

total e elevados coeficientes de variação. Isso é um indicativo de que a

condutividade do solo saturado varia espacialmente dentro de uma área

qualquer.

Nielsen et al. (1973), citado por Souza (1993), verificaram que a

permeabilidade do solo variou de 100 % para um solo saturado e, de 400%, para

um solo não-saturado.

Segundo Machado (1994), a não observação da variação dos atributos do

solo pode comprometer o planejamento do manejo do solo, bem como a

eficiência de projetos de irrigação, de drenagem e de conservação do solo. O

mesmo autor, ao estudar a variabilidade espacial de atributos físico-hídricos de

uma hidrosseqüência de solos de bem a muito maldrenados, concluiu que a

11

condutividade hidráulica saturada foi o atributo mais variável e o que mostrou

uma maior desorganização na estrutura da variabilidade espacial.

Farias (1999) realizou um estudo de campo para identificar a

necessidade de drenagem do solo, visando a estabelecer uma agricultura

sustentável, mediante a instalação de 90 poços de observação para monitorar a

profundidade do lençol freático. Com uma posterior interpretação pela estatística

descritiva e geoestatística, foi verificado que a condutividade hidráulica do solo

foi o parâmetro que apresentou maior variabilidade.

Eguchi (2001), com o objetivo de identificar a variabilidade espacial dos

atributos físico-hídricos de um solo aluvial, verificou que os atributos mais

variáveis foram a condutividade hidráulica do solo saturado e a velocidade de

infiltração básica, sendo influenciados por inúmeros parâmetros, apresentando

um ajuste de modelo esférico e exponencial com alcance de 4,0 m e 16,0 m,

respectivamente.

Carvalho (1991) estudou a variabilidade espacial de propriedades físico-

hídricas de um Latossolo Vermelho-Amarelo Húmico por meio da

geoestatística. A capacidade de infiltração básica foi determinada pelo método

dos anéis infiltrômetros, e a condutividade hidráulica saturada, avaliada em

amostras indeformadas do solo.

Com o uso de um permeâmetro de carga constante, Mesquita (2001)

determinou a condutividade hidráulica do solo saturado (kSAT) em amostras

indeformadas de três diferentes tipos de solo do Estado de São Paulo, utilizando

três repetições por solo, caracterizando estatisticamente os valores encontrados.

Ela concluiu que a kSAT apresentou uma alta variabilidade, porém, não exibindo

valores que pudessem ser considerados como discrepantes, comprovando a não-

normalidade na distribuição dos resultados e um ajuste às distribuições

estatísticas estudadas.

12

Cadima et al. (1980) analisaram a variabilidade espacial da

permeabilidade do solo, concluindo que o uso de valores médios pode trazer

erros consideráveis na estimativa da densidade de fluxo de água no solo.

A determinação da permeabilidade em diferentes amostras de um mesmo

solo pode apresentar resultados bastante variados em conseqüência de

anomalias, como: imperfeições no processo de amostragem, canais de minhocas

e raízes, fissuras e fendas estruturais. Se presentes na amostra do solo, esses

macroporos são preenchidos com água na saturação e dominam completamente

o transporte de água na amostra (Dirksen, 1991).

Pinto (1979) determinou a permeabilidade em laboratório para 150

amostras indeformadas de solo, utilizando o método do permeâmetro de carga

constante, encontrando uma alta variabilidade espacial dessa propriedade física.

Os valores de permeabilidade podem ser alterados na desestabilização da

estrutura do solo causada pela extração, preparo e tratamento das amostras.

Mohanty et al. (1998) consideram também o número de amostras e o pequeno

volume importantes na representatividade do solo estudado, e a quantidade de

macroporos presentes associados à compactação durante a extração das mesmas

como responsáveis pelos maiores ou menores valores de “k” determinados em

laboratório.

Os valores dos coeficientes de permeabilidade do solo obtidos mediante

ensaios em laboratório não são suficientemente precisos, em geral, para serem

utilizados em projetos como os de drenagem, já que apresentam pouca

correlação com os valores obtidos em campo. Essa baixa correlação se deve,

fundamentalmente, à utilização de amostras de pequenas dimensões e à

destruição parcial da estrutura do solo, provocando uma grande variação nos

dados obtidos (FAO, 1980; citado por Otto, 1988).

13

O método de coleta de amostras indeformadas de solo para determinação

da permeabilidade é limitado por sua escala de medida, a qual depende do

tamanho do amostrador, e pode não representar a variabilidade espacial do solo,

resultando em exageros ou negligência dos efeitos dos macroporos (Paige &

Hillel, 1993, citados por Mesquita, 2001).

14

3 MATERIAL E MÉTODOS

3.1 Caracterização da área

As áreas pesquisadas neste trabalho estão situadas na sub-bacia do

córrego Centenário, que está localizada na área urbana da cidade de Lavras

(MG). Essa cidade tem uma área de aproximadamente 550 km2, localizando-se a

21o15’ de latitude sul e 45o de longitude oeste. A altitude do município varia

entre 800 a 1200 m. O tipo climático da região é Cwb, segundo a classificação

de Koppen, com excesso de chuva de novembro a março (Villela & Ramalho,

1979).

A cidade de Lavras possui algumas unidades pedológicas bastante

diferenciadas ao longo de toda a delimitação da extensão de sua área municipal.

A sub-bacia do córrego Centenário apresenta uma área de 289,75 ha. A

maior parte da área (52,4 %) encontra-se impermeabilizada por pavimentação,

existindo poucas áreas de solo descoberto.

3.2 Retirada de amostras de solo no campo

Retiraram-se amostras de solo deformadas e indeformadas na camada

superficial de 0 a 20 cm, em 10 locais representativos escolhidos aleatoriamente

dentro da sub-bacia do córrego Centenário, visando a obter solos com diferentes

características (Figuras 1a e 1b). Nos locais onde havia uma cobertura vegetal,

retiraram-se 5 cm da camada superficial, obtendo-se amostras na camada de 5 a

20 cm.

15

a

b

FIGURA 1. a) Foto aérea da sub-bacia do córrego Centenário; b) Pontos de

amostragem.

N

16

A descrição de cada local de amostragem está apresentada na Tabela 1.

TABELA 1. Descrição das localidades das amostras de solo estudadas e coordenadas geográficas de cada ponto amostrado.

Localidade Coordenadas UTM Observações

Amostra 1 X=501022.5; Y=7650104.8 Loteamento, solo desnudado, início de erosão superficial, poucas pedras

Amostra 2 X=501125.5; Y=7650653.7 Base da voçoroca, solo desnudado com coloração rosa, solo com cerosidade

Amostra 3 X=500886.8; Y=7650848.4 Pouca vegetação, presença de pedras de tamanho médio

Amostra 4 X=500566.1; Y=7651663.4 Vegetação escassa, pouca terra carreada por chuvas

Amostra 5 X=500761.9; Y=7651032.4 Boa cobertura vegetal, presença de pedras pequenas

Amostra 6 X=501119.4; Y=7651004.8 Topo da voçoroca, solo desnudado, presença de poucas pedras pequenas

Amostra 7 X=500974.8; Y=7651457.0 Terreno, pouca vegetação, poucas pedras

Amostra 8 X=500813.2; Y=7651337.4 Terreno, solo pouco erodido

Amostra 9 X=500513.5; Y=7652055.2 Boa cobertura vegetal, pedras de tamanho médio

Amostra 10 X=500669.9; Y=7651812.0 Terreno, boa cobertura vegetal, presença de poucas pedras

A retirada das amostras indeformadas foi realizada com o auxílio de um

amostrador de solo tipo Uhland, projetado especialmente para esta pesquisa

(Figura 2). O amostrador é um equipamento de aço constituído de 4 peças:

corpo, haste, tampa e peso. No interior do corpo do amostrador existe uma parte

na qual é encaixado um tubo de PVC que apresenta as dimensões da amostra

indeformada necessárias para o ensaio de permeabilidade (10 cm de diâmetro e

15 cm de altura).

17

FIGURA 2. Amostrador de solo para uso em ensaio de permeabilidade

(medidas em cm).

Após a sua obtenção, essas amostras foram transportadas para o

Laboratório de Mecânica dos Solos (DEG/UFLA), onde ficaram armazenadas

até a realização de todos os ensaios geotécnicos (Figura 3). As amostras foram

devidamente numeradas, tendo-se o cuidado de verificar a posição de

amostragem feita em campo.

18

FIGURA 3. Amostras de solo para o ensaio de permeabilidade do solo.

3.3 Ensaios realizados

Realizaram-se ensaios de caracterização do solo, executados em

amostras deformadas e indeformadas, com o objetivo de identificar e classificar

os diferentes solos quanto às suas características físicas. Tais ensaios são:

umidade natural do solo, massa específica do solo, massa específica dos sólidos,

limites de consistência, macro e microporosidade, porosidade e granulometria.

Já os ensaios específicos, de permeabilidade do solo, foram conduzidos

em amostras indeformadas, com o intuito de obter o valor do coeficiente de

permeabilidade do solo que se encontra in situ.

Em campo, foram realizados os ensaios de resistência à penetração e de

permeabilidade à carga variável. A primeira modalidade de ensaio teve a

finalidade de verificar o grau de compactação da área estudada, e o segundo

serviu de parâmetro para comparação com os valores de coeficiente de

permeabilidade obtidos em laboratório em amostras retiradas com o amostrador.

19

3.3.1 Ensaios de laboratório

As propriedades físicas do solo são importantes para a sua identificação,

distinguindo-o dos demais. No laboratório, alguns índices classificatórios do

solo são determinados diretamente, e os demais, calculados por meio de

fórmulas de correlação entre eles.

3.3.1.1 Teor de umidade do solo

É definido como a relação entre a massa de água e a massa de sólidos.

Para o seu cálculo, deve-se obter amostras de solo com massa não inferior a 20

g, e colocá-las numa cápsula de alumínio, para posteriormente serem conduzidas

à estufa por 24 horas a uma temperatura constante de 105oC. As amostras de

solo são pesadas úmidas e secas, retirando-se, assim, os valores das massas de

água e de solo seco.

3.3.1.2 Massa específica do solo natural

A massa específica do solo, em seu estado natural de umidade, é definida

como a relação entre a massa e o seu volume. Para a sua obtenção, deve-se pesar

a amostra contida dentro do tubo de PVC, descontando-se a massa do tubo.

Conhecendo-se as dimensões do tubo, calcula-se o seu volume, que será também

o volume da amostra de solo indeformado.

3.3.1.3 Massa específica do solo seco

A massa específica do solo seco é determinada pela razão entre a massa

seca de um solo e o seu volume, mediante a obtenção da umidade do solo de

uma amostra indeformada com volume conhecido.

20

3.3.1.4 Massa específica dos sólidos

Este ensaio foi realizado pelo método do picnômetro. Com o picnômetro

calibrado, retira-se o ar existente na solução (água destilada + sólidos). Em

seguida, completa-se com água destilada o volume de água até a marca de

menisco no picnômetro, determinando a temperatura do conjunto (picnômetro +

água + sólidos) e a sua massa. Repete-se todo o procedimento para cinco

temperaturas diferentes, contidas no intervalo de calibração do picnômetro.

O ensaio para determinação da massa específica dos sólidos foi realizado

segundo a Norma NBR-6508/84 da ABNT.

3.3.1.5 Análise granulométrica do solo

Procedeu-se a granulometria dos solos estudados com o objetivo de

determinar o tamanho dos grãos dos mesmos. Ela consiste de dois ensaios:

peneiramento e sedimentação. O peneiramento é realizado para fracionar a parte

mais grossa do solo, com diâmetros de partículas superiores a 0,075 mm. O

ensaio de sedimentação é baseado na Lei de Stokes, que se fundamenta na

velocidade de queda das partículas com diferentes diâmetros num meio fluido.

Com esse ensaio, objetivou-se separar as frações silte e argila, que apresentam

diâmetros inferiores a 0,075 mm.

Nesta pesquisa, foram utilizados os valores do sistema de classificação

textural da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), para as diversas

faixas de granulometria do solo.

O ensaio para a determinação da análise granulométrica do solo foi

realizado segundo a Norma NBR-7181/84 da ABNT.

3.3.1.6 Consistência do solo

Os limites de consistência são teores de umidade que servem para

separar os quatro estados do solo (sólido, semi-sólido, plástico e líquido)

21

auxiliando a caracterizar o solo quanto à sua plasticidade. São três as

modalidades desses ensaios e nesta pesquisa efetuou-se a determinação dos

limites de liquidez (LL) e de plasticidade (LP).

O limite de liquidez de um solo indica a fronteira entre os estados

plástico e líquido do mesmo. Para a sua determinação, utilizou-se o aparelho de

Casagrande. A metodologia desse ensaio foi realizada segundo a Norma NBR-

6459/84 da ABNT.

O limite de plasticidade é o ponto de umidade do solo que separa o

estado semi-sólido do plástico. Esse ensaio foi realizado com uma placa de vidro

e um pequeno bastonete de 3 mm de diâmetro, seguindo-se a Norma NBR-

7180/84 da ABNT.

3.3.1.7 Porosidade do solo

A porosidade total calculada foi obtida pela equação baseada na relação

existente entre a massa específica seca do solo (ρd) e a massa específica dos

sólidos (ρS), dada em porcentagem:

P = 100.(1 - ρd / ρs) (04)

Já para a obtenção da porosidade total determinada, retiraram-se

amostras de solo indeformadas, num total de três por local estudado. Tais

amostras foram submetidas à saturação por, no mínimo, 48 horas, sendo pesadas

quando estavam saturadas. Após a obtenção do peso das mesmas amostras secas

por 48 horas em estufa a 105 ºC, verificou-se a quantidade total de água que

estava contida na amostra saturada. A porcentagem de água com base em

volume perdido durante a evaporação corresponde à porosidade total

determinada.

22

A porosidade foi também classificada em função do diâmetro dos poros

do solo, em amostras indeformadas. Essas amostras foram saturadas por, no

mínimo, 48 horas, sendo conduzidas, posteriormente, à unidade de sucção com

altura de coluna d’água igual a 60 cm, correspondente à tensão de 6,0 kPa. A

porcentagem de água com base em volume que se perde na unidade de sucção

corresponde à macroporosidade (diâmetro dos poros> 0,05 mm). Já a água retida

nas amostras de solo, após o equilíbrio na unidade de sucção, corresponde à

microporosidade, que é determinada após a condução das amostras à estufa.

3.3.1.8 Permeabilidade do solo a carga variável

Para a obtenção do coeficiente de permeabilidade do solo em laboratório,

é necessária a utilização de permeâmetros. Nesta pesquisa, foram realizados

ensaios de permeabilidade à carga variável utilizando o permeâmetro da marca

SOLOTEST, com 15 cm de diâmetro e 18 cm de altura, e placa porosa com

diâmetro igual a 10 cm (Figura 4).

FIGURA 4. Permeâmetro de solo à carga variável.

23

As amostras indeformadas de solo, acondicionadas em tubos de PVC,

foram submetidas aos ensaios, com o cuidado de se verificar a posição vertical

de retirada em campo. Essa posição é verificada mediante a numeração de cada

tubo.

Para a vedação lateral das amostras, utilizaram-se argila de baixíssima

permeabilidade e uma camada de parafina. Com esse procedimento evita-se que

ocorra um fluxo preferencial nas paredes do permeâmetro.

Na camada superior do permeâmetro, entre a tampa e a amostra

indeformada, colocou-se areia média, visando a normalizar o fluxo d´água

proveniente da bureta graduada.

Antes dos ensaios, as amostras de solo foram saturadas por 48 horas com

fluxo d’água ascendente (para facilitar a retirada do ar aprisionado na amostra).

Essas amostras foram submetidas a processos de circulação de água por algum

tempo, até que se iniciasse o ensaio, que foi repetido no mínimo cinco vezes

para cada amostra.

Q = k. h .A (05)

L em que:

Q = vazão d’água;

k = coeficiente de permeabilidade do solo;

h = altura da lâmina d’água;

A = área do corpo de prova;

L = altura da amostra do solo.

A vazão da água que passa na amostra de solo é igual à vazão que passa

pela bureta:

QSOLO = QBURETA = -a . dh (06) dt

24

sendo “a ” igual à área da bureta.

Igualando as expressões 05 e 06, tem-se:

-a . dh = k. h .A (07) dt L

em que:

dh = -k A dt (08) h a.L

Integrando a expressão anterior, tem-se:

ln hf = -k A t (09) hi a.L

Finalmente, chega-se à fórmula utilizada:

k = 2,3 a.L log hi (10)

A.t hf

O ensaio para a determinação da permeabilidade do solo, a carga

variável, foi realizado segundo a Norma NBR-14545/2000 da ABNT.

3.3.2 Ensaios de campo

3.3.2.1 Resistência à penetração

A resistência à penetração do solo foi determinada em campo, com o

auxílio de um penetrômetro com ponta de cone da marca SOLOTEST (Figura

5). Foram efetuados testes na camada de 10 a 20 cm de profundidade do solo,

com três repetições em cada ponto estudado. Realizou-se, também, a verificação

da umidade do solo no momento da determinação do ensaio, com a retirada de

amostras de solo no campo, pois, segundo Cassel et al. (1978), citado por Klein

(1998), a resistência à penetração é muito dependente da umidade do solo.

25

FIGURA 5. Penetrômetro de solos da SOLOTEST.

3.3.2.2 Permeabilidade à carga variável in situ

O teste de permeabilidade in situ foi realizado a uma profundidade de 10

cm, utilizando-se o corpo do amostrador como permeâmetro. Para tal, cravou-se

o aparelho no solo até uma profundidade de 5 cm, preenchendo-se,

posteriormente, com água destilada até a sua borda superior. Esperou-se no

mínimo dez minutos para a saturação daquela camada de 5 cm de solo,

procedendo-se ao ensaio com o uso de um cronômetro e uma régua. Anotou-se o

tempo necessário para que a lâmina d´água baixasse da altura de 12 para 10 cm.

O ensaio foi repetido cinco vezes, em três pontos para cada local estudado.

Para o cálculo do coeficiente de permeabilidade do solo, utilizou-se a

fórmula descrita por Pinto (2000) para carga variável, a seguir:

k = 2,3 a.L log hi (11) A.t hf

26

em que:

k = coeficiente de permeabilidade do solo;

a = área do tubo do corpo do amostrador;

L = altura da amostra do solo;

A = área da amostra do solo;

t = tempo decorrido durante o ensaio;

hi , hf = alturas inicial e final da lâmina de água.

27

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1 Atributos físicos do solo

Analisando os dados obtidos, verificou-se que os atributos físicos do

solo apresentaram uma elevada variabilidade em toda a área estudada,

justificando a obtenção de amostras de solo em diferentes pontos da sub-bacia.

4.1.1 Permeabilidade do solo

Na Tabela 2, são mostrados os resultados dos ensaios de permeabilidade

do solo em laboratório e no campo.

TABELA 2. Coeficiente de permeabilidade do solo.

AMOSTRA PERMEABILIDADE MEDIDA

EM LABORATÓRIO (cm/s) x 10-3

PERMEABILIDADE MEDIDA EM CAMPO

(cm/s) x 10-3

Local 1 1,30 1,15

Local 2 0,40 0,38

Local 3 14,10 11,30

Local 4 0,25 0,21

Local 5 3,07 3,28

Local 6 4,92 4,60

Local 7 2,72 2,99

Local 8 0,32 0,24

Local 9 9,45 9,51

Local 10 4,25 3,93

Nessa tabela, verifica-se que, em geral, os valores de permeabilidade

medidos em campo não diferiram muito dos obtidos em laboratório.

28

A permeabilidade média da sub-bacia encontra-se na faixa de moderada

segundo Martins et al., 2002, verificando-se também muitos locais com

permeabilidade de lenta a moderada.

Observa-se, nas Tabelas 1 e 2, a forte influência da presença de pedras e

raízes na amostra nos valores de coeficientes de permeabilidade, alterando

positivamente.

As localidades onde se observou maior resistência ao cravamento do

amostrador no campo foram aquelas que apresentaram os valores mais baixos de

permeabilidade (locais 2, 4, 7 e 8), excetuando-se o local 1.

4.1.2 Granulometria do solo

A composição granulométrica dos solos estudados está apresentada na

Tabela 3, na qual se verifica uma grande variação entre as frações do solo para

os diferentes locais, principalmente em relação à porcentagem de areia e argila.

TABELA 3. Composição granulométrica dos solos da sub-bacia do córrego Centenário.

AMOSTRA AREIA (%) SILTE (%) ARGILA (%)

Local 1 13,2 40,1 46,1

Local 2 2,7 77,1 20,2

Local 3 10,1 48,6 41,3

Local 4 31,5 51,4 17,2

Local 5 30,1 42,8 27,1

Local 6 3,7 70,1 26,2

Local 7 22,8 49,2 26,4

Local 8 7,0 72,9 20,1

Local 9 30,2 46,6 23,2

Local 10 8,3 40,1 51,6

29

Na classificação textural do solo, segundo a Associação Brasileira de

Normas Técnicas (ABNT), verifica-se que a área estudada apresentou,

predominantemente, um solo classificado como silte argiloso.

4.1.3 Massas específicas

As amostras de solo apresentaram, em geral, valores moderados de

massa específica seca e massa específica natural, considerando a camada de solo

estudada (superficial). Além disso, esses atributos apresentaram grande variação

para os diferentes locais. Em relação à massa específica dos sólidos, a área

mostrou valores semelhantes para esse atributo, não se verificando uma grande

discrepância dos resultados (Tabela 4).

TABELA 4. Massa específica do solo natural (ρ), massa específica do solo seco (ρd) e massa específica dos sólidos (ρs) para as amostras estudadas.

AMOSTRA ρρ (g/cm3) ρρd (g/cm3) ρρs (g/cm3)

Local 1 1,56 g* 1,20 i 2,55 a

Local 2 1,50 e 1,16 g 2,90 f

Local 3 1,36 a 1,11 b 2,57 b

Local 4 1,65 h 1,32 j 2,63 d

Local 5 1,43 c 1,15 f 2,57 b

Local 6 1,39 b 1,03 a 2,63 d

Local 7 1,46 d 1,13 d 2,60 c

Local 8 1,55 f 1,19 h 2,76 e

Local 9 1,39 b 1,12 c 2,57 b

Local 10 1,39 b 1,14 e 2,60 c

* Médias seguidas de mesma letra não diferiram significativamente pelo teste de Tukey ao nível de 5 %.

30

Observou-se também que, nos locais onde se encontrou uma cobertura

vegetal, a massa específica dos sólidos foi menor (locais 1, 3, 5, 9 e 10).

Certamente, esse comportamento deve-se à presença de matéria orgânica, pois

essa apresenta massa específica bem menor que a densidade da matéria mineral,

variando de 0,6 a 1,0 g/cm3 (Otto, 1988).

4.1.4 Consistência do solo

A consistência do solo, analisada segundo seus limites de liquidez e de

plasticidade, apresentou grande variação para os diferentes locais analisados

dentro da sub-bacia do córrego Centenário (Tabela 5).

TABELA 5. Valores de umidade do solo para o limite de liquidez (LL), e limite de plasticidade (LP), para os solos estudados.

AMOSTRA LL (%) LP (%)

Local 1 51,8 41,9

Local 2 57,8 50,3

Local 3 44,5 34,9

Local 4 38,7 27,5

Local 5 43,3 34,9

Local 6 62,2 41,8

Local 7 49,6 38,0

Local 8 62,9 50,3

Local 9 35,1 30,4

Local 10 55,3 43,9

Analisando os dados obtidos, observa-se que a porcentagem de areia

influiu fortemente nos valores dos limites de consistência, apresentando uma

correlação inversa igual a -0,87 e -0,84 com os limites de liquidez e de

plasticidade, respectivamente.

31

4.1.5 Porosidade do solo

Os valores de porosidade do solo são apresentados na Tabela 6.

Examinando essa tabela, pode-se verificar que os solos de todas as áreas

estudadas apresentam uma pequena quantidade de macroporos em geral, apesar

de se ter valores elevados de porosidade total.

TABELA 6. Porosidade total calculada (PTC), porosidade total determinada (PTD), macroporosidade (Macro), e microporosidade (Micro) dos solos estudados.

AMOSTRA PTC (%) PTD (%) Macro (%) Micro (%)

Local 1 53,0 51,4 9,0 44,0

Local 2 58,4 55,2 3,9 54,5

Local 3 56,9 52,9 21,3 35,6

Local 4 49,9 46,9 2,3 47,6

Local 5 55,3 45,1 10,5 44,8

Local 6 56,9 50,3 9,6 47,3

Local 7 55,5 51,5 7,5 48,0

Local 8 56,5 49,0 5,1 51,4

Local 9 56,5 53,9 15,8 40,7

Local 10 56,2 51,7 9,1 47,1

4.1.6 Resistência à penetração

Os resultados de resistência à penetração do solo são apresentados na

Tabela 7, com os respectivos valores de umidade para as condições existentes

durante a amostragem do solo.

32

TABELA 7. Resistência à penetração do solo e umidade do solo das amostras.

AMOSTRA UMIDADE (%)

RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO (MPa)

Local 1 30,8 1,38

Local 2 37,0* 1,67

Local 3 24,9 1,11

Local 4 24,6 1,44

Local 5 29,0 1,28

Local 6 31,9 1,36

Local 7 33,2* 1,34

Local 8 45,4* 1,56

Local 9 25,3 1,10

Local 10 36,7* 1,19

* Coletados em dias chuvosos.

Segundo Camargo & Alleoni (1997), pelos valores da Tabela 7, observa-

se que a camada de solo estudada apresenta uma razoável resistência à

penetração do solo.

4.2 Análises de correlação

As correlações do tipo linear, obtidas entre os valores do ensaio de

permeabilidade do solo (laboratório), e os demais atributos físicos dos solos da

área pesquisada estão apresentados nas Tabelas 8 e 9.

33

TABELA 8. Análise de correlação entre os coeficientes de permeabilidade (k) obtidos em laboratório e os atributos do solo que mostraram pior correlação.

ATRIBUTOS k x A k x B k x C k x ρs k x LL k x LP k x PTC k x PTD

Coeficiente R 0,028 -0,302 0,334 -0,484 -0,400 -0,403 0,354 0,141

A = porcentagem de areia; B = porcentagem de silte; C = porcentagem de argila; ρs = massa específica dos sólidos; LL = limite de liquidez; LP = limite de plasticidade; PTC = porosidade total calculada; PTD = porosidade total determinada.

TABELA 9. Análise de correlação entre os coeficientes de permeabilidade (k) obtidos em laboratório e os atributos do solo que mostraram melhor correlação.

ATRIBUTOS k x ρ k x ρd k x Macro k x Micro k x RP k x kc

Coeficiente R -0,742 -0,649 0,960 -0,861 -0,813 0,989

ρ = massa específica do solo natural; ρd = massa específica do solo seco; Macro = macroporosidade; Micro = microporosidade; RP = resistência à penetração; kc = permeabilidade do solo (campo).

Observa-se que os atributos relacionados na Tabela 8 não apresentaram

um bom coeficiente de correlação (R) com os valores de permeabilidade obtidos

em laboratório. Ao contrário do que se esperava, os atributos porcentagem de

areia e as porosidades totais (calculada e determinada) não possuíram um

elevado coeficiente R. A razão desse comportamento é, certamente, a grande

variabilidade das características físicas dos solos estudados. Um dos fatores que

mais podem estar influenciando na baixa correlação é a estrutura do solo, que

variou muito de um local para outro. Outra propriedade interferente pode ser o

fato de a área pesquisada apresentar solos com porosidades totais semelhantes,

mas distribuição de poros muito distinta. Solos que apresentam elevado teor de

microporos conduzem a uma menor permeabilidade, ao passo que solos com

34

elevada porcentagem de macroporos têm maiores valores de permeabilidade.

Isso porque a permeabilidade e macroporosidade do solo são obtidas por meio

dos mesmos espaços vazios do solo, devendo-se sempre observar a continuidade

dos poros (Mesquita, 2001).

Na Tabela 9, na qual são apresentados os atributos que mostraram

melhor correlação com os coeficientes de permeabilidade (laboratório), verifica-

se a ótima correlação existente entre a macroporosidade e a permeabilidade do

solo, como já era esperado. Observa-se também que a massa específica do solo,

a massa específica seca, a microporosidade e a resistência à penetração tiveram

boas correlações, e esses atributos apresentaram um comportamento inverso à

permeabilidade, interferindo negativamente na mesma (correlação negativa).

Na Tabela 9, pode-se observar também que o amostrador projetado

apresentou boa eficiência na retirada das amostras indeformadas, verificada pela

alta correlação existente entre os ensaios de laboratório e de campo.

A seguir, são apresentados os gráficos de regressão linear para os

atributos físicos do solo relacionados na Tabela 8, com os respectivos valores de

coeficiente de explicação (R2).

35

R2 = 0,922

0,000

0,005

0,010

0,015

0 5 10 15 20 25

Macroporosidade (%)

Perm

eabi

lidad

e (c

m/s

)

FIGURA 6. Gráfico de regressão entre a macroporosidade e a permeabilidade.

R2 = 0,741

0,000

0,005

0,010

0,015

25 30 35 40 45 50 55 60

Microporosidade (%)

Perm

eabi

lidad

e (c

m/s

)

FIGURA 7. Gráfico de regressão entre a microporosidade e a permeabilidade.

36

R2 = 0,550

0,000

0,005

0,010

0,015

1,3 1,4 1,5 1,6 1,7

Massa Específ ica do solo natural (g/cm3)

Perm

eabi

lidad

e (c

m/s

)

FIGURA 8. Gráfico de regressão entre a massa específica do solo natural e a

permeabilidade.

R2 = 0,421

0,000

0,005

0,010

0,015

1 1,1 1,2 1,3 1,4

Massa Específ ica do solo seco (g/cm³)

Perm

eabi

lidad

e (c

m/s

)

FIGURA 9. Gráfico de regressão entre a massa específica do solo seco e a

permeabilidade.

37

R2 = 0,660

0,000

0,005

0,010

0,015

1,00 1,25 1,50 1,75 2,00Resistência à penetração (MPa)

Perm

eabi

lidad

e (c

m/s

)

FIGURA 10. Gráfico de regressão entre a resistência à penetração e a permeabilidade.

R2 = 0,9779

0,000

0,005

0,010

0,015

0,000 0,005 0,010 0,015

Permeabilidade - laboratório (cm/s)

Perm

eabi

lidad

e - c

ampo

(c

m/s

)

FIGURA 11. Gráfico de regressão entre os valores de permeabilidade do solo

obtidos em campo e laboratório.

38

5 CONCLUSÕES

A sub-bacia do córrego Centenário apresentou, em média, um valor de

permeabilidade moderada, com áreas apresentando baixos valores de coeficiente

de permeabilidade, e outras, com altos valores.

Entre os atributos físicos do solo analisados nesta pesquisa, o que melhor

se correlacionou com a permeabilidade do solo foi a macroporosidade.

39

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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