AGRIS F22 PIO
A INFILTRAÇAO DE BASE E A ESPESSURA DA CAMADA SATURADA
ANTONIO FAUSTINO CAVALCANTI DE ALBUQUERQUE NETO
Prof
.
Adjunto do Dep.
de Tecnologia Rural da UFRPE.
Um procedimento prático de campo foi desenvolvido para que em solos estratificados, a capacidade de infiltreçEo se manter8 constante na medida em que a camada mais impermeável do perfil ficar saturada. Foram realizadas
si.
multAneamentc testes do infiltraçgo com infiltrômetro de duplo cilindro com car- ga constante e medidas de umidade das diversas camadas do solo com sonda de neutrons.
INTRODUÇAO
Ao se realizar testes de infiltração através de infiltrôme- tros de carga constante, com o solo apresentando diferentes umi- dades superficiais, notou-se que a infiltração de base independia da umidade ou seja, para um mesmo solo no caso o Bruno não Calcico Vértico nas condições naturais, a capacidade de infiltra- ção de base manteve-se praticamente a mesma para qualquer
umidade da camada superficial.
Buscando-se qual seria a causa que limitava a capacidade de infiltração num dado valor, verificou-se no momento da con- sulta bibliogrhfica que TAKAGI
(1960
)havia explicado com muita propriedade este fenomeno, mostrando que em solos es- tratificados, a camada menos permeável limitava o fluxo, inde- pendente da posição que R mesma ocupa nc perfil. Díante disto procurou-se mostrar através de um procedimento de campo, a va-
Cad. 6mega Univ. Fed. Rural PE.
Sar.
Agron., Recife, (2):35-42, 1986AG RIS F22 P10
A INFILTRAÇÃO DE 8ASE E A ESPESSURA DA CAMADA SATURADA
ANTÔNIO FAUSTINO CAVALCANTI DE ALBUQUERQUE NETO Prof. Adjunto do Dep. de Tecnologia Rural da UFRPE.
Um procedimento prático de campo foi desenvolvido para que em solos estratificados, a capacidade de infiltração se manterá constante na medida em que a camada mais impermeável do perfil ficar saturada. Foram realizadas si.
multâneamente testes de infiltração com infiltrômetro de duplo cilindro ron car- ga constante e medidas de umidade das diversas camadas do solo com sonda de neutrons.
INTRODUÇÃO
Ao se realizar testes de infiltração através de infiltrôme- tros de carga constante, com o solo apresentando diferentes ami- dades superficiais, notou-se que a infiltração de base independia da umidade ou seja, para um mesmo solo no caso o Bruno não Calcico Vértico nas condições naturais, a capacidade de infiltra- ção de base manteve-se praticamente a mesma para qualquer
umidade da camada superficial.
Buscando-se qual seria a causa que limitava a capacidade de infiltração num dado valor, verificou-se no momento da con- sulta bibliográfica que TAKAGI (1960) havia explicado com rnuita propriedade este fenômeno, mostrando que em solos es- tratificados, a camada menos permeável limitava o fluxo, inde- pendente da posição que a mesma ocupa no perfil. Diante disto procurou-se mostrar através de um procedimento de campo, a va-
Cad. Ômega Univ. Fed. Rural PE. Sét Agron., Recife, (2):35.42, 1986
lidade teorica sobre o assunto, utilizando-se simultâneamente de testes de infiltração e medidas sucessivas de umidade do solo, nas várias camadas do perfil.
MATERIAL E MÉTODO
O solo c10 local dos ensaios é do tipo Bruno não Cálcico Vértico e a descrição do perfil deste solo pode ser vista na tabela 1.
Tabela 1
-
Característica do perfil do solo-- . - - - --
Símbolo Profundidade Densidade ComposiçBo Classificacao Aparente Granulométrica Textural (cm) (g/cn~-)
. r?!;
s 'te argilaA 0 - 1 3 1 5 5 44 26 30 Franco Argiloso Bnt 1 4 - 3 8 1.54 42 26 32 Franco Argiloso BZ2t 39
-
52 1.49 41 23 36 Franco ArgilosoBst 53
-
76 1 58 54 19 27 Franco Argiloso ArenosoA condutividade hidráulica foi determinada no próprio local através do processo de saturação completa de todas as camadas subjacentes inferiores de uma parcela com cinco metros de lado.
Na figura 1 encontram-se duas curvas representando a conduti- vidade hidráulica em função da umidade do solo para as camadas acima e abaixo da profundidade de 52 cm.
O infiltrômetro utilizado é composto de dois cilindros con- cêntrico medindo 20 e 40 centímetros. Uma lâmina d'água de 3 cm é mantida sobre a superfície por intermédio de uma válvuia apoiada no cilindro interno e conectada, através de uma man- gueira, a um reservatório s i t ~ ~ a d o a 1 m da superfície, onde é pro- cedida a leitura da lâmina d'água infiltrada por meio de um linimetro tipo parafuso.
Cad. bmega Univ. Fed. Rural PE. SBr. Agron., Recife, (2):35.42, 1986
lidade teórica sobre o assunto, utilizando-se simultâneamente de testes de infiltração e medidas sucessivas de umidade do solo, nas várias camadas do perfil.
MATERIAL E MÉTODO
O solo do local dos ensaios é do tipo Bruno não Cálcico Vértico e a descrição do perfil deste solo pode ser vista na tabela l.
Tabela 1 — Característica do perfil do solo
Símbolo Profundidade Densidade Composição Classificação Aparente Granulométrica Textural (cm) (g/cm
1) ;-r?ia s
::te argila
A 0 — 13 1 55 44 26 30 Franco Argiloso B
2,t 14 — 38 1.54 42 26 32 Franco Argiloso Bsít 39 — 52 1.49 41 23 36 Franco Argiloso
Bat 53 — 76 1 58 54 19 27 Franco ArgMoso Arenoso
A condutividade hidráulica foi determinada no próprio local através do processo de saturação completa de todas as camadas subjacentes inferiores de uma parcela com cinco metros de lado.
Na figura 1 encontram-se duas curvas representando a conduti- vidade hidráulica em função da umidade do solo para as camadas acima e abaixo da profundidade de 52 cm.
O infiltrômetro utilizado é composto de dois cilindros con- cêntrico medindo 20 e 40 centímetros. Uma lâmina d'água de 3 cm é mantida sobre a superfície por intermédio de uma válvula apoiada no cilindro interno e conectada, através de uma man- gueira, a um reservatório situado a 1 m da superfície, onde é pro- cedida a leitura da lâmina d'água infiltrada por meio de um Unimetro tipo parafuso.
Cad. ômega Univ. Fed. Rural PE. Sér, Agron., Recife, (2);35.42
11S86
A sonda de neutrons empregada é de fabricação da Camp- bell Pacific Nuclear Corp, Califórnia, USA.
Simultâneamente ao teste de infiltração, foram realizadas medidas de umidade do solo nas diversas camadas, utilizando-se um tubo de acesso para a sonda de neutrons, como mostra a fi- gura 2 (ab) colocado no centro de um cilindro com diâmetro igual ao do cilindro externo do infiltrômetro e instalado adjacen- temente a este, onde foi mantida uma quantidade de água, du- rante o ensaio, igual a emprestada ao infiltrômetro.
Figura 1
-
Condutlvidade hidrhulica do solo o*16'
- R 1 o
' 0 0
Cad. &nega Univ. Fed. Rural PE. SBr. Agron., Recife, (2):35-42. 1986
CONDUTIVIDADE H I D R A U L I C A
I Cm/h )
[ +
t
+
30- «)emt
6 0 - 9OcmUMIDAfE DO SOLO cm i cri') 0.1 0.2 O 3 0 . 4 0 5
b +
+ L E G E N D A
S I M I O L O S CAMADAS
A sonda de neutrons empregada é de fabricação da Camp- bell Pacific Nuclear Corp, Califórnia, USA.
Simultâneamente ao teste de infiltração, foram realizadas medidas de umidade do solo nas diversas camadas, utilizando-se um tubo de acesso para a sonda de neutrons, como mostra a fi- gura 2 (ab) colocado no centro de um cilindro com diâmetro igual ao do cilindro externo do infiltrômetro e instalado adjacen- temente a este, onde foi mantida uma quantidade de água, du- rante o ensaio, igual a emprestada ao infiltrômetro.
CONDUTIVIDADE HIDRAU LI C A
(cm/h )
símbolos camadas + 50 - 40 cm + 60- 00cm
UMIDADE 00 SOLO ( cm « cm ) s -s
Figura 1 — Condutlvidade hidráulica do solo
Cad. ômega Univ. Fed. Rural PE. Sér. Agron., Recife, (2):35.42
(1986
Figura 2 (a)
-
Detalhe do intiltr6metro e da sonda de neutronsFigura 2 (b)
-
Momento das observaçóes dos aparelhos de medidasCad. ômega Univ. Fed. Rural PE. Sér. Agron., Recife, (2):35-42, 1986
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Figura 2 (b) — Momento das observações dos aparelhos de medidas
Cad. ômega Univ. Fed. Rural PE. Sér. Agron., Recife, (2):35-42, 1986
RESULTADOS E DISCUSSAO
A figura 3 apresenta a c u m da capacidade de infiltração versus tempo, conjuntamente com a variação temporal da umida- de do solo 30, 40, 50 e 60 centímetros de profundidade. Como se pode observar a capacidade de infiltração manteve-se constante somente quando a camada 0 - 4 0 cm saturou-se, o que ocorreu quase quatro horas e meia após o início do teste.
A espessura mínima da camada saturada do solo, para que o fluxo torne-se constante pode ser calculada, partindo-se da equação de Darcy :
onde na zona de saturação e integração desta equação, fim
porém o potencial total q t no termino da zona de saturação é igual a componente gravitacional, ou seja,
(- z ) , pois o com:
ponente é nulo; portanto a eqiiação (2) pode ser escrita da se-
guinte maneira:
onde H. representa a altura de lâmina d'água no infiltrdme- tro, no caso igual a 3 cm; q a capacidade de infiItraç50 de base, igual a 1,95cm/h; K a condutividade hidráulica saturads igual a 1.8 cm/h. Substituindo esses valores na equação, teremos z - 36 cm, o que corresponde aproximadamsnte ao resultado ex- perimental.
Ao se definir a condutividade hidráulica do solo do pre- sente trabalho, observou-se a presença de duas a m a d a s com condutividade diferente; a superior com espessura de 52 cm apre- senta uma perrneabilidade menor do que a camada inferior. A camada menos permeável limita o fluxo, cujo valor deve estar
Cad. arnega Univ. Fed. Rural PE. Ser. Agron., Recife, (2):35-42, 1986
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A figura 3 apresenta a curva üa capacidade de infiltração /ersus tempo, conjuntamente com a variação temporal da umida- de do solo 30, 40, 50 e 60 centímetros de profundidade. Como se pode observar a capacidade de infiltração mantevo-se constante somente quando a camada 0—40 cm saturou-se, o que ocorreu quase quatro horas e meia após o início do teste.
A espessura mínima da camada saturada do solo, para que o fluxo tome-se constante pode ser calculada, partindo-se da equação de Darcy:
3 if,
q - —k («) — d) 3 Z
onde na zona de saturação e integração desta equação, fica
porém o potencial total no termino da zona de saturação é igual a componente gravitacional, ou seja, ( — z), pois o com
:fonente é nulo; portanto a equação (2) pode ser escrita da se- guinte maneira:
H.
z = — (3) 1 q
Kl
onde H» representa a altura de lâmina d'água no infiltrôme- tro, no caso igual a 3 cm; q a capacidade de infiltração de base, igual a l,95cm/h; K. a condutividade hidráulica saturada igual a 1.8 cm/h. Substituindo esses valores na equação, teremos z = 36 cm, o que corresponde aproximadamente ao resultado ex- perimental .
Ao se definir a condutividade hidráulica do solo do pre- sente trabalho, observou-se a presença de duas camadas com condutividade diferente; a superior com espessura de 52 cm apre- senta uma permeabilidade menor do que a camada inferior. A camada menos permeável limita o fluxo, cujo valor deve estar
Cad. ômega Univ. Fed. Rural PE. Sér. Agron., Recife, (2):35.42, 1986
compreendido entre os das condutividades hidráulicas saturada das duas camadas, TAKAGI (1960) chegou também a mesma conclusão. Para a camada superior K (0,385)
=1.80 cm/h e para a camada inferior K (0,333)
-=2,10 cm/h e como q
=1,95
cm/h, esta condição é também verificada experimentalmente.
Diante de tudo o que foi dito, deduz-se que a partir do mo- mento que a primeim cainada de 40 cm saturou-se e o fluxo man- teve-se constante as demais camadas inferiores, não devem che- gar a saturação mantendo portanto uma pressão negativa cons- tante. Isto pode ser verificado experimentalmente através da figura 3, onde as umidades para as profundidades de 50 e 60 cm, não variaram após um certo tempo do fluxo tornar-se constante, permanecendo com valores inferiores ao da umidade de satura- ção, que foram obtidos, tanto no laboratório, como durante a determinação da condutividade hidráulica.
A verificação da formulação teórica, sobre os aspectos li- miúantes da infiltração de base obtida com infiltrdmetro de car- ga constante, foram alcançados através de um simples procedi- mento prático. Recomende-se fazer o mesmo com outros tipos de solos e também com aqueles, cuja estratificação seja bem mais complexa que o solo utilizado neste trabalho.
ABSTRACT
A practical field procedure was developod to show tinat in strit f i d soils, the inflltration capacity will rernain constant as long as the most lmperrneable layer of profile rernalns saturated. infiltration tests with the double cillnder infiltrorneter with constant head and roisture contet reasurements o? th? srveral mil layers with neutron probe were done simultaneusiy
Cad. Brnega Univ. Fed. Rural PE. SBr. Agron., Recife, (2):3L42. 1986
compreendido entre os das condutividades hidráulicas saturada das duas camadas, T \KAGI (1960) chegou também a mesma conclusão. Para a camada superior Ki (0,385) = 1.80 cm/h e para a camada inferior K . (0,333) = 2,10 cm/h e como q -= 1,95 cm/h, esta condição é também verificada experimentalmente.
Diante de tudo o que foi dito, deduz-se que a partir do mo- mento que a primeira camada de 40 cm saturou-se e o fluxo man- teve-se constante as demais camadas inferiores, não devem che- gar a saturação mantendo portanto uma pressão negativa cons- tante. Isto pode ser verificado experimentalmente através da figura 3, onde as umidades para as profundidades de 50 e 60 cm, não variaram após um certo tempo do fluxo b rnar-se constante, permanecendo com valores inferiores ao da umidade de satura- ção, que foram obtidos, tanto no laboratório, como durante a determinação da condutividade hidráulica.
CONCLUSÕES
A verificação da formulação teórica, sobre os aspectos li- mitantes da infiltração de base obtida com infiltrômetro de car- ga constante, foram alcançados através de um simples procedi- mento prático. Recomende-se fazer o mesmo com outros tipos de solos e também com aqueles, cuja estratlficação seja bem mais complexa que o solo utilizado neste trabalho.
ABSTRACT
A practical field procedure was developed to show that in stratTcd soils, the inflltration capacity will remain constant as long as the most impermeable layer of profile remains saturated. Infiltratíon tests with the doubla cilinder infiltromete-r with constant head and ro'sture contet rreasurements of tho ssveral soil layers w th neutron probe were done simultaneusly.
Cad. ômega Univ. Fed. Rural PE. Sér. Agron., Recife, (2):35-42, 1966
Cad. bmega Univ. Fed. Rural PE. Ser. Agron., Recife, (2):35.42, 1986
Cad. ômega Univ. Fed. Rural PE. Sér. Agron., Recife, (2);35.42, 1986
REFERÉNCIAS BIBLIOGRAFICAS
1
-
ALBUQUERQUE NETO, A . F. C. de. O balanço hidrao ern solos bruno não cAlcio vkrtico. Caderno 6mega da Un;versidade Federal Rural de Pernambuco. Série Agronomia, Recife, (2):7-33, 1986.2 - BARRETO CAMPELO. G. de A . Da inf:ltração da água i10 solo e da sua mensuraçáo. Revista Pernambucana de Agricultura, Recife, 1(2):159-99, jul./dez., 1977.
3
-
REICHARDT, K. Provssos de transfer&ncia no ststema solo-planta-atmos- fera. Campinas. Fundação Gargill. 1975. 27í p .4
-
SRIMILTA. S.; NIELSEN. D . R . ; KIRKHAPI D . Steady watsr movement through a two layer. Walter Research, Elmsford. 5:1053-63, 1969.5
-
SWARTZENDRUBER, D . Water flow through a soil profile as affected by the least permeable layer. Journal of Geophysical Fiesearch, Washington. 65:4073-43, 1960.6 - TAKAGI, S. Analysis of the vertical downward flow of v:ater through a twslayered soil. Soil Science, Baltimore, 90(2):98-103, Aug. 1960.
,Recebido para publicação em 18 de setembro de 1985
. .
Cad. ómega Univ. Fed. Rural PE. SBr. Agron., Recife, (2):35-42, 1986
