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DETERMINAÇÃO DA POROSIDADE DRENÁVEL
PELO MÉTODO DE TAYLOR E EQUAÇÃO
EMPÍRICA DE VAN BEERS
C. T. L. de Holanda1; K. A. de Souza2; M. A. G. Barbosa3; L. S. Alves2
RESUMO: O estudo teve por objetivo determinar a porosidade drenável utilizando duas
metodologias. A primeira determinação foi através do rebaixamento do lençol freático, e a segunda pelo método de van Beers. No estudo do rebaixamento do lençol freático utilizou-se modelo físico constituído por dois tanques de alvenaria, medindo 1,5 m de altura, 0,8 m de largura e 1,0 m de comprimento, existentes em área do Laboratório de Hidráulica, Irrigação e Drenagem do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia - CE - Campus Iguatu. Na metodologia de van Beers utilizou-se o permeâmetro de carga constante. Foram utilizadas duas classes de solos, com composições granulométricas diferenciadas. Um permeâmetro de carga constante foi empregado no cálculo da condutividade hidráulica do solo saturado (K0) para estimativa da porosidade drenável pela equação empírica de van Beers. Observou-se que a metodologia mais eficiente foi a do rebaixamento do lençol freático, proposta por Taylor.
PALAVRAS – CHAVE: porosidade drenável, condutividade hidráulica, metodologia.
DETERMINATION OF DRAINABLE POROSITY BY
THE METHOD OF TAYLOR AND THE EQUATION
EMPÍRICA OF VAN BEERS
SUMMARY: The study aimed to determine the drainable porosity using two methodologies.
The first was determined by lowering the water table and the second by the method of van Beers. In the study of lowering the water table was used physical model consisting of two tanks of masonry, measuring 1.5 m in height, 0.8 m wide and 1.0 m in length, exist in the area of Hydraulic Laboratory, Irrigation and Drainage the Institute Federal the Education, Science and Technology - CE - Campus Iguatu. The methodology of van Beers used the permeameter constant workload. We used two types of soils, with different granulometric compositions. A constant workload permeameter was used to calculate the saturated hydraulic conductivity (K0) to estimate the drainable porosity by empirical equation of van Beers. It was observed that the methodology was more efficient in lowering the water table proposed by Taylor.
C. T. L. de Holanda et al.
INTRODUÇÃO
A porosidade drenável, também denominada macroporosidade ou porosidade efetiva, representa a proporção de macroporos responsáveis pela drenagem e aeração do solo (KIEHL, 1979). CRUCIANI (1989) define a porosidade drenável, como o volume de água que será drenada livremente por unidade de volume do solo saturado, através do rebaixamento do lençol freático.
A porosidade drenável é um parâmetro do solo de grande importância para a drenagem, pois representa a fração do volume do solo por onde a água livre se movimenta, ou seja, a água que excede a capacidade de campo e que deve ser drenada (PIZARRO, 1978).
Pode ser determinada usando métodos de campo e de laboratório e, ainda, estimada em função de algumas propriedades do solo ou equações empíricas. A determinação da porosidade drenável em campos experimentais de drenagem ou em modelos reduzidos de laboratório pode ser feita através de medições simultâneas de descargas de drenos (q) e cargas hidráulicas (h) (DIELEMAN E TRAFFORD, 1976).
A porosidade drenável é um parâmetro hidrodinâmico do solo de grande importância para fins de dimensionamento de sistema de drenagem subterrânea, porquanto constitui variável necessária ao cálculo do espaçamento entre drenos para condições de fluxo não-permanente, assim como para o cálculo do coeficiente de drenagem subterrânea.
O presente trabalho teve como objetivo determinar a porosidade drenável em duas unidades de solo, através do rebaixamento do lençol freático e descarga de drenos, e proceder a uma análise comparativa com a metodologia da equação empírica sugerida por van Beers.
MATERIAL E MÉTODOS
No estudo realizou-se uma análise comparativa dos valores da porosidade drenável obtidos pelas seguintes metodologias: a) laboratório, através da equação empírica de van BEERS com base no valor da condutividade hidráulica do solo saturado; b) volume de água drenada, associado ao respectivo rebaixamento do lençol freático.
As camadas de solo utilizadas para o cálculo da porosidade drenável eram constituídas pelos materiais de solo acondicionados em dois tanques de drenagem com composições granulométricas diferenciadas. As amostras de solo analisadas correspondiam às seguintes profundidades: (0 – 0,20 m; 0,20 m – 0,40 m e 0,40 m – 0,60 m).
Van Beers sugere estimar a porosidade drenável a partir do valor da condutividade hidráulica do solo saturado, conforme a equação:
(eq. 1)
Sendo: f - porosidade drenável, % ; e Ko - condutividade hidráulica do solo saturado, cm.dia -1
. A condutividade hidráulica do solo saturado foi obtida através do método do permeâmetro de carga constante.
TAYLOR (1959) propôs a seguinte equação para a estimativa da porosidade drenável:
Sendo: - porosidade drenável, (L3
.L-3); Va - volume de água drenada, (L 3
); e Vs -volume de solo drenado, (L3).
O modelo físico de drenagem é constituído por tanques de alvenaria construídos em área do Laboratório de Hidráulica, Irrigação e Drenagem do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia - CE - Campus Iguatu. Os tanques são revestidos de argamassa e internamente impermeabilizados, medindo 1,5 m de altura, 0,8 m de largura e 1,0 m de comprimento. O modelo físico foi projetado com vista a permitir uma saturação do solo por fluxo ascendente como mostra a Figura 1.
Figura 1. Corte longitudinal do tanque de drenagem.
Na Tabela 1 verifica-se as características físicas dos solos utilizados nos tanques de drenagem 1 e 2. A coleta de dados foi realizada durante o período compreendido entre 5 de maio a 9 de junho de 2008.Os tanques de drenagem receberam inicialmente uma recarga com os drenos fechados, no intuito de se elevar o lençol freático até a superfície do solo.
Tabela 1. Características físicas do solo utilizado nos tanque de drenagem 1 e 2.
Composição Granulométrica g.Kg-1
Tanque Areia Grossa Areia Fina Silte Argila Classificação
Textural
1 769 182 26 23 Arenosa
2 434 338 129 99 Franco-Arenosa
Fonte: Resultados da Pesquisa
As medições foram realizadas na fase de rebaixamento do lençol freático, nas camadas de solo em estudo. Através de recipientes calibrados, coletou-se a água drenada e posteriormente verificou-se o volume coletado.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A classificação textural do material de solo do tanque 1 foi tipo arenosa, apresentando elevados teores de areia total (95,1%), sendo apenas 2,6% de silte e 2,3% de argila. Já para o tanque 2, verificou-se que os diâmetros das partículas do solo empregado eram menores, com classificação textural franco – arenosa, observando-se, ainda, a redução no teor da areia total para 77,2% e um aumento no teor de silte e da argila para 12,9% e 9,9%, respectivamente (Tabela 1). O resultado confere ao solo franco-arenoso uma maior capacidade de retenção de umidade em relação ao solo arenoso.
C. T. L. de Holanda et al.
Na Tabela 2 são apresentados os valores médios da porosidade drenável em três camadas do perfil (0,0 a 0,20 m; 0,20 a 0,40 m e 0,40 a 0,60 m) obtidos em dois solos com diferentes texturas (arenosa e franco-arenosa), utilizando-se o método do rebaixamento do lençol freático, descrito por TAYLOR (1959), no qual a porosidade drenável é obtida pela relação entre o volume de água drenada e o volume de solo drenado.
Tabela 2. Valores da porosidade drenável obtidos pelo método do rebaixamento do lençol freático.
Tanque de Drenagem 1
Camada (m) Volume de solo (m³) Volume de água (m³) Porosidade drenável (%)
0,00 - 0,20 0,16 0,0149 9,28 0,20 - 0,40 0,16 0,0377 23,57 0,40 - 0,60 0,16 0,0379 23,67 Tanque de Drenagem 2 0,00 - 0,20 0,16 0,0105 6,56 0,20 - 0,40 0,16 0,0165 10,34 0,40 - 0,60 0,16 0,3225 20,16
Fonte: Resultados da Pesquisa
Ao se comparar os resultados obtidos no tanque 1 com o tanque 2, verifica-se que os valores da porosidade drenável são mais elevados no tanque 1 para todas as camadas de solo, confirmando os resultados obtidos por SANDS (2001) e FEITOSA (2006) em que os solos de texturas mais grosseiras apresentam porosidades drenáveis maiores, enquanto os solos de texturas mais finas têm menores porosidades drenáveis.
Os valores da porosidade drenável aumentaram com a profundidade em todos os solos, exceto no material de solo do tanque 1, ao se comparar as camadas de 0,20 a 0,40 m e 0,40 a 0,60 m, pois para essas duas camadas obteve-se uma semelhança entre os volumes drenados. No entanto, a granulometria dos solos trabalhados não varia com a profundidade, em função da homogeneidade dos mesmos antes do preenchimento dos tanques. Este aumento dos valores da porosidade drenável é devido à contribuição incremental das camadas superiores na medida em que o lençol freático é rebaixado. Isto significa que quando o lençol freático é rebaixado de 0,0 a 0,20 m de profundidade, a porosidade drenável é apresentada pela quantidade de água que drena apenas desta camada.
Na Tabela 3 estão apresentados os valores médios da porosidade drenável obtidos através da equação empírica preconizada por van BEERS (1965), nas três camadas do solo, acondicionados nos dois tanques de drenagem. No tanque 2, a porosidade drenável seguiu a seqüência de menores valores, comparada com o tanque 1.
Tabela 3. Valores médios da porosidade drenável.
Tanque de drenagem 1 Tanque de drenagem 2
Camada (m) Ko (cm.dia-¹) f (%) Ko (cm.dia-¹) f (%)
0,00 - 0,20 2363,04 48,61 431,35 20,77
0,20 - 0,40 2487,06 49,87 301,39 17,36
0,40 - 0,60 2294,37 47,88 204,61 14,30
Fonte: Resultados da Pesquisa
O método de van Beers, sendo baseado na condutividade hidráulica saturada (K0), incorpora erros inerentes a determinação da mesma. Para algumas amostras, obteve-se valores altos de K0, o que pode ser devido a altura da amostra, permitindo pequeno espaço para a passagem da água e inesperado grande número de macroporos contínuo. Resultado similar foi encontrado por
LAUREN et al. (1988) e OTTO (1988) que observou a ineficácia da equação proposta por van Beers na estimativa da porosidade drenável.
CONCLUSÕES
Os valores da porosidade drenável obtidos pelo rebaixamento do lençol freático, método de TAYLOR, foram consistentes com as texturas dos solos nos dois tanques.
O método proposto por van Beers seguiu a tendência da granulometria, no entanto, mostra-se ineficiente devido à utilização de amostras de pequenas dimensões e a destruição parcial da estrutura do solo, provocando grande variação dos dados obtidos.
REFERÊNCIAS
BEERS, W. F. J. VAN. Some monographs for the calculation of drain spacings. In: International Institute for Land reclamation and Improvement, Wagening, 1965. 48p.
CRUCIANI, D. E. A drenagem na agricultura. 4 ed. São Paulo, Nobel, 1989. 337 p.
DIELEMAN, P. J.; TRAFFORD, B.D. Drainage testing. Rome: FAO, 1976. (FAO. Irrigation and Drenage, Paper n. 28).
FEITOZA, M. Z. Estimativa da porosidadade drenável por diferentes metodologias. UFRP, Pernambuco 2006. v, 48f. (Dissertação de Mestrado).
KIEHL, E.J. Manual de Edafologia. São Paulo: Agronômica, Céres, 1979. 262 p.
LAUREN, J. G.; WAGNERT, R. J.; BOUM, A. J.; WOSTEN, J. H. M. Variability of saturated hydraulic conductivity in a glossaquic haplusdalf with macropores. Soil Science, v. 145, n. 1, p. 20-8, 1988. OTTO, S.R. L. Estimativa da Porosidade Drenável em função de propriedades de um solo orgânico. Viçosa: UFV, 1988. 89 p. (Dissertação de Mestrado).
PIZARRO, F. Drenagem agrícola y recuperacion de suelos salinos. Madrid, Editorial Agrícola Española, 1978, 521p. SANDS, G. Agricultural Drainage. Publication Series: University of Minnesota, 2001.
TAYLOR, G. S. Drainable porosity evaluation from outflow measurements and its use in drawdown equations. Soil Science, Ohio, 90 (6): 338-43, 1959.
TAYLOR, G. S. Drainable porosity evaluation from outflow measurements and its use in drawdown equations. Soil Science, Ohio, 90 (6): 338-96, 1960.
