Movimento de um soluto aplicado em duas concentrações a um solo não saturado via um permeâmetro de disco

Um dos principais fatores que tornam necessário conhecer o movimento de solutos e os processos que determinam a interação destes com o solo é o problema da poluição do lençol freático. A percolação profunda de produtos químicos aplicados na superfície do solo, juntamente com observações em laboratório da diminuição na concentração de solutos em uma solução que atravessa o solo, levou os pesquisadores a considerar a água (ou solução) no solo em duas fases: uma móvel e outra imóvel. Neste trabalho, a umidade volumétrica na fase móvel (θm) da solução foi determinada para um solo não saturado no campo, utilizando duas concentrações de solução de KCl (0,1 e 0,05 mol L-1). No experimento, foram montadas três parcelas no solo da área experimental do Departamento de Ciências Exatas da Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" (ESALQ-USP), classificado como Nitossolo Vermelho Eutroférrico Latossólico de massa específica 1.410 kg m-3 e textura argilosa. Foi utilizado um permeâmetro de disco, com raio de 0,125 m, ajustado para fornecer solução a um potencial mátrico de - 1 KPa de coluna de água. Os resultados mostraram a influência da concentração do soluto aplicado no estudo do movimento da solução. A umidade volumétrica na fase móvel (θm) para a concentração de 0,05 mol L-1 foi cerca de 50 % menor do que a concentração a 0,1 mol L-1, na qual apenas 30 % da solução foi móvel.

DETERMINAÇÃO DA CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA E DA SORVIDADE DE UM SOLO NÃO-SATURADO UTILIZANDO-SE PERMEÂMETRO A DISCO

Dois métodos, utilizando permeâmetros a disco, foram usados para medir a sorvidade e a condutividade hidráulica em três horizontes de um solo de Santa Maria da Boa Vista, Pernambuco, utilizando-se potenciais de fornecimento de água de 0, -2,5, -5 e -10 cm de água. No primeiro método, a condutividade hidráulica foi obtida através de estimativas da sorvidade e do fluxo estacionário, utilizando-se apenas um permeâmetro. No segundo, as medidas da sorvidade e da condutividade hidráulica foram feitas utilizando-se valores dos fluxos estacionários, obtidos a partir de dois permeâmetros de diferentes raios. Esse segundo método apresentou resultados mais consistentes dos tempos -- gravitacional e geométrico --, e do raio característico de poros que o primeiro método. A sorvidade foi tão importante quanto a condutividade hidráulica para caracterizar o processo de infiltração. A redução brusca dos valores dos raios característicos de poros do horizonte A2/B, com mudanças no potencial de fornecimento de água, revelou a heterogeneidade da estrutura deste horizonte, permitindo identificar a influência dos volumes argilosos compactados sobre o processo de infiltração.

Simulação do deslocamento de potássio em colunas verticais de solo não-saturado

O estudo do transporte de água e potássio em solo não-saturado é importante, tanto do ponto de vista do ambiente quanto do econômico. Assim sendo, o uso da modelagem computacional é importante, pois permite de maneira precisa e rápida o monitoramento do deslocamento de solutos, importante na prevenção de impactos ao ambiente. No presente trabalho, teve-se o objetivo de avaliar a simulação do deslocamento do íon potássio em colunas de solo não-saturado, utilizando o modelo MIDI, bem como apresentar a determinação dos parâmetros de transporte do íon potássio em um Latossolo Vermelho-Amarelo, fase arenosa. Concluiu-se que o modelo foi capaz de simular de maneira satisfatória o perfil de umidade e o deslocamento do íon potássio.

Aspectos do comportamento não saturado de dois solos coluvionares : gasoduto Bolívia-Brasil

Nesta dissertação investiga-se o comportamento não saturado de dois solos coluvionares situados na divisa dos estados do Rio Grande do Sul e Santa Catarina, em um dos trechos do Gasoduto Bolívia-Brasil. Os solos coluvionares amostrados são constituídos por materiais provenientes de derrames básicos da Formação Serra Geral (basalto) e da Formação Botucatu (arenito). O trabalho de pesquisa realizado com esses solos tem seu enfoque dividido em duas partes principais (1) determinação da curva característica dos solos na condição indeformada e (2) análise do potencial de colapso de amostras indeformadas e remoldadas. O programa experimental inclui também ensaios de caracterização física e mineralógica dos materiais. A determinação da curva característica é fundamental para o entendimento do comportamento do solo não saturado, pois representa a capacidade do solo de armazenar água quando submetido a diferentes valores de sucção. As curvas características dos solos coluvionares investigados foram obtidas através de uma nova proposta de ensaio para o método do papel filtro. Os resultados das curvas características exibiram um formato de “sela”, indicando que a microestrutura e a macroestrutura presentes nesses solos têm um papel determinante na entrada e na saída de água dos poros do solo. Um modelo físico e uma hipótese para a variação da área de água nos diferentes trechos da curva característica foram propostos O índice de vazios inicial e a histerese determinaram a forma das curvas características dos solos estudados. Os valores elevados de índices de vazios iniciais, a presença de macroestrutura e microestrutura bem definidas, e a condição não saturada dos solos coluvionares motivaram uma análise do potencial de colapso. O colapso foi analisado através de critérios qualitativos (ensaios de caracterização e índices físicos) e quantitativos (ensaios oedométricos simples e duplo). Os critérios qualitativos e os ensaios oedométricos simples classificam todas as amostras como não colapsíveis. O ensaio oedométrico duplo, em geral, superestima os valores de potencial de colapso para os solos. As amostras remoldadas apresentaram valores de colapso maiores que as indeformadas.

Comportamento de um solo colapsível artificialmente cimentado

Esta tese apresenta duas técnicas diferentes de preparação de amostras para produzir corpos-de-prova “ideais”, i.e. amostras artificialmente moldadas nas condições desejadas. O desafio fundamental da moldagem de amostras altamente colapsíveis cimentadas artificialmente é conservar a estrutura porosa com elevado índice de vazios enquanto ocorre a cura do cimento. Na primeira técnica isto é alcançado acrescentandose partículas de poliestireno expandido à mistura de solo. A segunda técnica utiliza duas etapas de preparo de forma que a cura parcial do cimento da primeira etapa de mistura já aconteceu quando a segunda etapa for realizada. Ambas as técnicas são utilizadas para produzir amostras colapsíveis que imitam o comportamento de solos altamente colapsíveis naturais. Ao mesmo tempo, as técnicas permitem a variação controlada dos parâmetros fundamentais que podem influenciar comportamento de colapso do solo. O trabalho apresentado nesta tese analisou os parâmetros que caracterizam e controlam o comportamento mecânico de solos colapsíveis. O programa experimental foi executado em amostras colapsíveis cimentadas artificialmente que possuem as características físicas mais relevantes de solos colapsíveis naturais: elevado índice de vazios, baixo nível de cimentação e condições não saturadas antes da inundação. O programa de laboratório foi fundamentado em ensaios de compressão não confinada, ensaios de condutividade hidráulica, testes para obtenção da curva característica do solo, análises de microscopia ótica, ensaios de cisalhamento direto, ensaios triaxiais, ensaios edométricos convencionais e com sucção controlada e ensaio de compressão isotrópica com controle de sucção Com base nos resultados experimentais, foi possível observar a importante influência do índice de vazios inicial e do teor de adição de cimento no processo de degradação da cimentação (desestruturação do solo) e no fenômeno de colapso por inundação. Isto é importante para se compreender o comportamento mecânico fundamental de solos colapsíveis cimentados e permitir o desenvolvimento de modelos constitutivos apropriados. É apresentado um modelo constitutivo (Wheeler, 2004) baseado em solos não saturados incluindo o efeito de cimentação (bonding) e o processo de desestruturação do solo. O modelo sugerido foi analisado qualitativamente com base nos resultados obtidos do programa experimental.

CALIBRAÇÃO DE UM REFLECTÔMETRO PARA ESTUDOS DO FLUXO DE ÁGUA EM SOLO NÃO SATURADO

Este trabalho trata sobre a calibração de um aparelho baseado na técnica TDR para estudos do fluxo de água em solo não saturado, com base na medição indireta da umidade, sucção matricial (ψ) e condutividade hidráulica não saturada k(ψ), num perfil de solo inalterado. Isto é possível mediante ensaios de laboratório decorrentes da mecânica de solos tradicional e não saturada, a partir de amostras indeformadas retiradas a diferentes profundidades durante a construção de um poço, onde foram instaladas as sondas do TDR. Dos ensaios, obtiveram-se equações polinomiais para relacionar o comportamento da variação do período de tempo do pulso eletromagnético percorrido pela sonda TDR com a variação da umidade do solo e modelos de van Genuchten (1980) para relacionar a umidade com (ψ) e k(ψ). Os resultados mostraram que, para a calibração da umidade neste tipo de solos, um ajuste polinomial de quarto grau se apresenta como melhor alternativa em relação às expressões existentes em lugares onde foram derivadas estas teorias. Adicionalmente, se observou, que as maiores variações de (ψ) e k(ψ). ocorrerão entre a saturação e 10% de umidade devido à peculiaridade da curva de retenção. Finalmente, a presente calibração se apresenta como um expediente útil e prático para estudos hidrodinâmicos de solos não saturados. Palavras-chave: calibração, reflectômetro, teor de umidade, solo não saturado.

Avaliação da erodibilidade pelo método Inderbitzen em solo não saturado da região de Bauru - SP

Pós-graduação em Engenharia Civil e Ambiental - FEB

Umidade crítica de compactação e densidade do solo máxima em resposta a sistemas de manejo num Latossolo Roxo

O termo compactação do solo refere-se à compressão do solo não saturado durante a qual existe um aumento da densidade do solo em conseqüência da redução de seu volume, pela expulsão do ar causado pelo manejo inadequado. Com o objetivo de estudar o efeito de diferentes sistemas de manejo na densidade do solo máxima (Ds máx), e na umidade crítica de compactação (Ucrít), realizou-se um experimento em um Latossolo Roxo da Região de Lavras (MG), submetido aos seguintes sistemas de manejo: preparo com arado de discos (AD), preparo com escarificador (CM), semeadura direta (SD), preparo com arado de aivecas (AA) e preparo intensivo com grade (GD). O experimento foi instalado, em novembro de 1994, em blocos casualizados. Foram realizadas três amostragens em 1996: em janeiro, antes da semeadura do feijão; em abril, antes da colheita do feijão, e em novembro, antes da semeadura do milho. As amostras deformadas foram coletadas nas camadas de 0-0,07 e 0,20-0,27 m de profundidade nos sistemas de manejo AD, CM e AA. No sistema de manejo SD, as amostras deformadas foram coletadas nas camadas de 0-0,07 e 0,25-0,32 m de profundidade e, no caso do sistema GD, nas camadas de 0-0,07 e 0,15-0,22 m de profundidade. A partir das curvas de compactação, obteve-se a densidade do solo máxima. Determinaram-se, ainda, o teor de argila e matéria orgânica (MO), o limite de plasticidade (LP) e a água retida a - 0,033 e - 0,01 MPa. Os valores de (Ds máx), (Ucrít) para os diferentes sistemas de manejo, época de coleta e profundidades, não foram estatisticamente diferentes, não sendo, portanto, influenciados pelos teores de argila e M.O. Verificou-se que a Ucrít corresponde a 90% do LP e a 90% da água retida a - 0,01 MPa é aproximadamente igual à água retida a - 0,033 MPa.

Simulação numérica da transferência simultânea de energia e umidade através do solo em um sistema trocador-armazenador de calor

O presente trabalho pesquisa o fenômeno da transferência simultânea de calor e umidade em solos insaturados que envolvem dutos enterrados. Estes dutos e o solo envolvente compõem o chamado sistema trocador-armazenador de calor no solo, que é muitas vezes utilizado como fonte complementar de aquecimento em estufas solares agrícolas. O funcionamento do sistema trocador-armazenador de calor é baseado na energia armazenada no solo durante os horários de máxima insolação, sendo que durante a noite parte desta energia é recuperada. Durante o dia o ar quente do meio interno da estufa solar é bombeado para dentro do feixe de tubos enterrados, que devolvem o ar mais frio na outra extremidade. Por outro lado, durante a noite o ar mais frio do meio interno da estufa é bombeado para dentro dos dutos, os quais efetuam troca térmica com o solo envolvente, que neste horário possui a temperatura mais elevada do sistema. O objetivo geral deste trabalho é resolver o problema transiente periódico e tridimensional da transferência simultânea de calor e umidade em solos não-saturados, que compõem o sistema trocador-armazenador de calor, utilizando a simulação numérica. Como objetivos secundários têm-se: o melhoramento do sistema de troca térmica, a quantificação da parcela de calor transportado pela difusão da umidade no solo e a análise dos campos de temperatura e de conteúdo de umidade, sendo que a análise dos campos de umidade permite verificar se existe formação de frentes de secagem significativas na vizinhança dos dutos durante os sucessivos períodos de aquecimento e resfriamento a que o sistema é submetido. Na resolução do problema em questão é empregado o modelo clássico de Philip e De Vries para a transferência simultânea de calor e massa em meios porosos insaturados Neste modelo, as equações de conservação de energia e massa obtidas trazem explicitamente as influências combinadas dos gradientes de temperatura e de conteúdo de umidade nos processos de transporte de calor e umidade. O sistema de equações diferenciais governantes do problema em questão é resolvido numericamente utilizando o Método dos Volumes Finitos e na discretização destas equações é usada uma integração temporal totalmente implícita. Todas as propriedades difusivas e termofísicas empregadas são consideradas variáveis com a temperatura e o conteúdo de umidade. Os dutos de seção transversal circular do sistema trocadorarmazenador de calor no solo, são modelados como dutos de seção transversal quadrada de área equivalente para que coordenadas cartesianas possam ser utilizadas nos modelos analisados. Neste trabalho são simulados quatro modelos computacionais associados ao sistema trocador-armazenador de calor no solo. Estes modelos são compostos por: um duto isolado, um duto com convecção, dois dutos isolados e dois dutos com convecção. A variação da temperatura do ar na entrada do(s) escoamento(s), assim como a temperatura do meio ambiente, para os modelos com convecção, é dada por uma senóide com uma amplitude de 14 ºC. No modelo de um duto isolado, são realizadas simulações utilizando várias combinações dos parâmetros do modelo em questão e os resultados, assim obtidos, são comparados com aqueles encontrados na literatura Visando melhorar o sistema de troca térmica dos modelos computacionais investigados, são selecionados valores e intervalos de valores recomendados para os parâmetros do modelo de um duto isolado. Para este modelo, com um diâmetro de 0,1 m, são escolhidos valores (ou intervalos de valores) recomendados: de 4 m/s para a velocidade do escoamento interno dentro do duto, de 0,25 para o conteúdo de umidade do solo, de 5 até 20 metros para o comprimento do duto e de 0,20 até 0,30 m para a distância entre centros do dutos. As simulações dos quatro modelos computacionais realizadas utilizando as várias combinações dos valores recomendados para os parâmetros destes modelos, mostrou que não há diferença significativa entre os valores de calor volumétrico armazenado no solo empregando a resolução acoplada das equações de energia e de massa e a resolução da equação da temperatura. Mesmo para os modelos de um e de dois dutos com convecção a diferença percentual encontrada foi insignificante. Finalmente, são apresentados e analisados os campos de temperatura e de conteúdo de umidade para os quatro modelos computacionais avaliados. Os perfis de temperatura e de conteúdo de umidade em diferentes horários mostraram que, durante o dia, o solo absorve calor dos escoamentos internos de ar e, uma vez que, junto à superfície dos dutos tem-se regiões de maior temperatura, há, conseqüentemente, uma migração da umidade nestas regiões. Durante a noite, ocorre o contrário, o solo fornece calor aos escoamentos dentro dos dutos, e, desta forma, as regiões próximas aos dutos apresentam níveis de conteúdo de umidade superiores ao inicial. Ainda, os perfis de conteúdo de umidade para todas as situações analisadas mostraram que, não há formação de frentes de secagem significativas nas proximidades dos dutos que compõem os quatro modelos computacionais avaliados.

Análise experimental e numérica do comportamento de estruturas de solo reforçado com geossintéticos : solo granular versus fino

As estruturas de solo reforçado com geossintéticos são normalmente constituídas por solos granulares com boas propriedades físicas e mecânicas. O uso de apenas este tipo de solos pode proporcionar o aumento, por vezes insustentável, do custo da execução das estruturas e o aumento do seu impacto ambiental. Deste modo, as estruturas de solo reforçado perdem a sua vantagem competitiva em relação a outros tipos de estruturas (muros de betão, muros de gravidade, muros de gabiões, etc.). Para resolver este problema podem ser utilizados outros tipos de solos (solos locais, finos, com propriedades físicas e mecânicas piores mas, no entanto, mais baratos) para a execução deste tipo de estruturas. De forma geral, com este estudo pretendeu-se contribuir para o incremento do conhecimento sobre a utilização de solos finos para a construção de estruturas de solo reforçado (muros e taludes). Para tal avaliaram-se as diferenças no comportamento mecânico dos materiais compósitos (solo granular reforçado versus solo fino reforçado) e das estruturas de solo reforçado constituídas com os dois tipos de solos. Assim, os objetivos deste estudo foram avaliar: a influência de vários parâmetros nas propriedades mecânicas e na capacidade de carga dos solos reforçados com geossintéticos; a influência de vários parâmetros no dimensionamento das estruturas de solo reforçado; e o comportamento das estruturas dimensionadas (incluindo a estabilidade global e a influência do processo construtivo) recorrendo a uma ferramenta numérica (PLAXIS). Para cumprir os objetivos propostos foram realizadas análises experimentais em laboratório (análise do comportamento do solo reforçado através de ensaios triaxiais e de California Bearing Ratio) e análises numéricas (dimensionamento de estruturas de solo reforçado; modelação numérica do comportamento através de uma ferramenta numérica comercial com o método dos elementos finitos). Os resultados dos ensaios experimentais mostraram que o comportamento mecânico e a capacidade de carga do solo foram incrementados com a inclusão das camadas de geossintético. Este efeito variou com os diversos parâmetros analisados mas, de forma geral, foi mais importante no solo fino (solo com propriedades mecânicas piores). As análises numéricas mostraram que as estruturas de solo fino precisaram de maior densidade de reforços para serem estáveis. Além disso, as estruturas de solo fino foram mais deformáveis e o efeito do seu processo construtivo foi mais importante (principalmente para estruturas de solo fino saturado).

Condutividade hidráulica de amostras remoldadas de um latossolo roxo distrófico tratado com água/vinhaça

Este trabalho foi realizado no CENA/USP, Piracicaba, SP, com a finalidade de obter informações relativas aos efeitos da aplicação de água/vinhaça (nas dosagens de 100, 200, 400, 800 e 1.000 m³ ha-1) na condutividade hidráulica de amostras remoldadas de um Latossolo Roxo distrófico, sob condições saturadas e não saturadas. Empregou-se, para tanto, um infiltrômetro de carga constante, para a avaliação da condutividade hidráulica em solo saturado e, na caracterização da condutividade hidráulica em solo não saturado, utilizou-se o método do perfil instantâneo, sendo os dois experimentos realizados sob condições de laboratório. Com o aumento das dosagens de vinhaça, ocorreu um decréscimo gradativo da condutividade hidráulica sob condições de saturação e de forma mais pronunciada a partir das dosagens maiores que 400 m³ ha-1. A aplicação do método do perfil instantâneo em condições de laboratório na caracterização da condutividade hidráulica do solo não saturado foi satisfatória, havendo concordância razoável dos valores da condutividade hidráulica do solo saturado, obtidos por esse método, com os obtidos experimentalmente pela utilização do infiltrômetro de carga constante. Não houve diferença expressiva entre os valores obtidos da condutividade hidráulica do solo não saturado entre os tratamentos com água e vinhaça.

Resistência ao cisalhamento de solos não saturados : análise experimental e teórica

Um equipamento triaxial convencional originalmente utilizado para ensaios em amostras de solos saturados saturada foi modificado para que fosse possível a realização de ensaios triaxiais em solos não saturados. As principais modificações foram a instalação de uma pedra cerâmica de alto valor de entrada de ar (300 kPa) na nova base da câmara triaxial e uma nova linha de aplicação de pressão para aplicação de pressão de ar na amostra. A técnica de translação de eixos é utilizada para evitar cavitação no sistema de aplicação de pressão. O solo estudado nesta pesquisa consiste de um colúvio de arenito localizado nas encostas da Formação Serra Geral, entre os municípios de Timbé do Sul (SC) e São José dos Ausentes (RS). Ensaios triaxiais convencionais foram realizados nas condições drenado e não drenado em amostras indeformadas para tensões de confinamento iniciais variando de 50 até 500 kPa; ensaios triaxiais convencionais foram realizados na condição drenada em amostras remoldadas para as tensões de confinamento iniciais de 50, 100 e 200kPa. Ensaios triaxiais com sucção controlada foram realizados na condição drenado em amostras indeformadas para as tensões normais líquidas de 50, 100, 150 e 200 kPa em níveis de sucção variando de 25 até 150 kPa. A partir dos resultados dos ensaios triaxiais determinou-se os parâmetros de resistência ao cisalhamento: c’ – intercepto coesivo efetivo; f´ - ângulo de atrito interno efetivo; fb – ângulo de atrito interno que quantifica a contribuição da sucção na resistência ao cisalhamento. O comportamento encontrado foi de uma envoltória de resistência ao cisalhamento não saturada bilinear com acréscimo na resistência ao cisalhamento para baixos níveis de sucção até aproximadamente 75 kPa, e após um decréscimo na resistência ao cisalhamento. A tensão normal líquida não influencia no valor de fb e a sucção não provoca alteração no valor de f´. O valor de fb apresenta valores superiores ao valor de f´, quando se utiliza o critério de ruptura clássico de resistência ao cisalhamento. Alguns critérios de determinação dos valores máximos de ruptura foram aplicados para um melhor entendimento do comportamento resistente deste material.

Avaliação de quatro métodos de restauração florestal de áreas úmidas degradadas no Município de Mineiros do Tietê - SP

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Permeâmetro de carga decrescente associado a programa computacional para a determinação da condutividade hidráulica do solo saturado

A condutividade hidráulica do solo saturado (Kθs) é uma propriedade com grande variabilidade, o que exige a utilização de um número maior de determinações para que sua descrição possa ser feita adequadamente pela função densidade de probabilidade normal. Consequentemente, há aumento de trabalho e de tempo para a obtenção dos resultados, principalmente se as determinações forem feitas com equipamentos de pouca praticidade. A construção de equipamentos de maior praticidade e o desenvolvimento de ferramentas computacionais podem tornar o processo de análise mais rápido e preciso. Com esse objetivo, foi construído um permeâmetro de carga decrescente e desenvolvido um software para a aquisição de dados. As medidas de Kθs obtidas com esses equipamentos, em amostras de um Argissolo, mostraram menor variabilidade, avaliada pelo coeficiente de variação, o que resultou em maior precisão das determinações. Além disso, o tempo de análise foi reduzido em 30 %.

Características hidrológicas do solo saturado na Reserva Florestal Adolpho Ducke - Amazônia central

Neste estudo, investigaram-se a porosidade e condutividade hidráulica da zona saturada do solo, buscando entender como essas variáveis físicas afetam os processos hidrológicos em uma área de floresta primária, sob pressão urbana, na Amazônia central. O experimento foi realizado na Reserva Florestal Adolpho Ducke, localizada ao norte da cidade de Manaus, AM. No igarapé Bolívia foi instalado um posto fluviométrico (régua linimétrica e linígrafo); no local, foram instalados quatro piezômetros na zona ripária, perpendicular ao curso do igarapé. A porosidade variou no perfil do solo, alcançando valores acima de 0,40 cm³/cm³. Os valores médios de condutividade hidráulica saturada ou infiltração básica (K) foram elevados e variaram de 89,5 ± 12,8 a 279,5 ± 9,0 mm/h. O nível d'água no igarapé oscilou entre 65 e 141 cm, no período de observação (novembro de 2005 a outubro de 2007). O piezômetro da camada profunda do solo, distante do curso d'água, variou entre 166,2 e 304,9 cm. As condutividades hidráulicas do solo saturado foram maiores nos pontos mais distantes do curso d'água, tanto na camada superficial quanto na profunda, determinando o comportamento hidrológico do lençol freático no local.