CAPÍTULO 1 PRINCIPAIS PONTOS DA EVOLUÇÃO HISTÓRICA DA FÍSICA DO SOLO Principais pontos da evolução histórica da Física do Solo 01 Literatura citada 03

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1 ÍNDICE CAPÍTULO 1 PRINCIPAIS PONTOS DA EVOLUÇÃO HISTÓRICA DA FÍSICA DO SOLO Principais pontos da evolução histórica da Física do Solo 01 Literatura citada 03 CAPÍTULO 2 O SOLO COMO UM SISTEMA MULTICOMPONENTE E SUAS RELAÇÕES MASSA-ÁREA-VOLUME 1 - O solo como um sistema multicomponente A fase sólida A fase líquida A fase gasosa Algumas relações massa-área-volume Massa específica das partículas Massa específica do solo seco Massa específica do solo úmido Umidade com base na massa seca Umidade com base no volume Porosidade total Porosidade de aeração Grau de saturação Armazenamento de água Superfície específica Partículas regulares ou isodiamétricas Partículas em forma de placas Partículas em forma de bastão Solos 46 Literatura citada 47 Literatura sugerida 47 CAPÍTULO 3 O ESTADO DE ENERGIA RELATIVA DA ÁGUA NO SOLO 1 - Formas, modalidades e unidades de energia As leis de Newton para o movimento dos corpos Lei geral para o movimento de partículas de um fluido perfeito Lei geral para o movimento de partículas de um fluido perfeito, incompressível, sob ação da gravidade, em regime permanente. Teorema de Bernoulli para fluido perfeito 61 -ix-

2 Lei geral para o movimento de partículas de um fluido real, incompressível, sob ação da gravidade, em regime permanente. Teorema de Bernoulli para fluidos reais e os conceitos de potencial e gradiente hidráulico Derivada hidrodinâmica do potencial hidráulico Potencial e gradiente hidráulico em solo saturado de água Potencial e gradiente hidráulico em solo não saturado de água 74 Literatura sugerida 93 CAPÍTULO 4 CONSIDERAÇÕES SOBRE AS EQUAÇÕES DIFERENCIAIS PARCIAIS 1 - Introdução e conceitos básicos Representação geométrica das equações diferenciais Condições de fronteira Problemas de fronteira com auto-valores e auto-funções Alguns métodos de resolução de equações diferenciais parciais Método da separação de variáveis Definição das séries de Fourier Relação de Euler Método das transformadas integrais lineares Transformadas de Laplace Transformadas finitas de Fourier Transformada finita co-senoidal de Fourier Transformada finita senoidal de Fourier 118 Literatura sugerida 120 CAPÍTULO 5 DINÂMICA DA ÁGUA EM SOLO SATURADO 1 - Lei de Darcy Homogeneidade, heterogeneidade, isotropia e anisotropia Equações de Drenagem Obtenção das equações diferenciais que governam o movimento de água num manto freático, mediante hipóteses simplificadoras As hipóteses de Dupuit-Forchheimer Regime de fluxo de água aos drenos Equações diferenciais do movimento de água num manto freático, em regime de fluxo transiente Equações diferenciais do movimento de água num manto freático, em regime de fluxo não transiente 138 -x-

3 3.2 - Aplicações Em regime de fluxo não transiente Equações de Hooghoudt e Aronovici & Donnan, para solo homogêneo Equação de Hooghoudt para solo estratifica Generalização da equação de Hooghoudt. O conceito de estrato equivalente Em regime de fluxo transiente Equações de Glover e Glover-Dumm Equação de Prevedello Generalização das equações de Glover, Glover-Dumm e de Prevedello Equação de Boussinesq Equação de van Schilfggarde 171 Literatura citada 172 CAPÍTULO 6 DINÂMICA DA ÁGUA EM SOLO NÃO SATURADO 1 - Lei de Buckingham-Darcy Obtenção da equação diferencial que governa o movimento de água em solo não saturado, em regime de fluxo transiente Obtenção da equação diferencial que governa o movimento de água em solo não saturado, em regime de fluxo não transiente Difusidade hidráulica Aplicações Obtenção das funções K(θ) e D(θ) Métodos baseados na condição de regime de fluxo não transiente Métodos baseados na condição de regime de fluxo transiente Utilizando a técnica do fluxo de saída Utilizando a técnica do fluxo de entrada Utilizando a técnica do perfil instantâneo Métodos indiretos Expressão analítica do tamanho médio dos poros Infiltração da água no solo Descrição geral do processo Infiltração horizontal Infiltração vertical Teoria da infiltração, segundo o modelo de Green & Ampt (1911) Para infiltração horizontal (ou para tempos curtos de infiltração vertical) 232 -xi-

4 Para infiltração vertical Modelos empíricos Soluções analíticas de Prevedello et al. (2008, 2009) relacionadas com as teorias de Richards, Philip e Green-Ampt para a infiltração horizontal e vertical de água em areias Caso A. Infiltração vertical descendente Perfil de umidade Perfis de umidade do solo para outras condições Comparação com a análise de Green-Ampt Comparação com a solução em série de potências de Philip Taxa do avanço da zona de molhamento Caso B. Infiltração vertical ascendente ou ascensão capilar Perfis de umidade Taxa do avanço da zona de molhamento Caso C. Infiltração horizontal Perfis de umidade Taxa de avanço da zona de molhamento Considerações adicionais sobre a nova teoria Redistribuição da água no solo O moderno conceito de capacidade de campo Modelos analíticos para predição do processo da redistribuição Evaporação da água no solo Na presença do lençol freático Na ausência do lençol freático Densidade de fluxo de vapor em condições não isotérmicas e isotérmicas Solução numérica da equação de Richards Solução numérica do processo da infiltração da água no solo Solução numérica do processo da redistribuição da água no solo Solução numérica do processo da evaporação da água no solo Balanço de água em ecossistemas vegetados As Funções Transferidoras ("Pedotransfer functions") Função de Pedotransferência (FPT) Tipos de funções utilizadas no processo de pedotransferência Contínua e Classe Pontual e Paramétrica Pseudocontínua Redes Neurais Rosetta Neuropack 319 -xii-

5 Soilpar Modelos fisicamente fundamentados Splintex Qualidade Física do Solo 322 Literatura citada 330 CAPÍTULO 7 TRANSFERÊNCIA DE CALOR NO SOLO 1 - Importância da temperatura do solo e os processos de transferência de calor Propriedades térmicas do solo Calor específico do solo Efeito da umidade nas propriedades térmicas do solo Densidade de fluxo de calor no solo Particularidades da equação diferencial que descreve a densidade de fluxo de calor em meios porosos Perfis de temperatura do solo Regime térmico do solo sob condições de campo Variação de temperatura próximo à superfície do solo Variação diurna da temperatura na superfície do solo Variações diurnas de temperatura no solo O efeito das coberturas protetoras Aplicações das equações diferenciais Variações cíclicas da temperatura do solo Determinação da difusividade e condutividade térmica do solo Método de Jackson & Kirkham (1958) Método de Chung & Jackson (1954) Método de Clivati & Prevedello (1993) Balanço da energia térmica na superfície do solo Radiação Solar Balanço de Radiação na Superfície da Terra Balanço de Energia na Superfície da Terra 377 Literatura citada 386 CAPÍTULO 8 MOVIMENTO DOS GASES NO SOLO 1 - Importância dos gases do solo Pressão do ar no campo gravitacional, em condições de equilíbrio Densidade de fluxo de ar no solo Difusão dos gases 397 -xiii-

6 4.1 - Equação da continuidade para a difusão de gases no solo Equação diferencial parcial a difusão de gases no solo Métodos na determinação do coeficiente de difusão de gases de solo Métodos indiretos Métodos diretos Método de Papendick & Runkles (1965) Método de Prevedello (1991) Alguns exemplos de aplicação Caso da difusão em regime no transiente de CO 2 no solo, quando α ar, φ e D são constantes Caso da difusão em regime no transiente de O 2 no solo, quando α ar, φ e D são constantes Caso da difusão de O 2 e CO 2, em regime transiente, quando α ar, φ e D são constantes Caso da difusão de O 2 para o solo, em regime transiente, quando α ar e D são constantes e φ = Outros casos 429 Literatura citada 430 CAPÍTULO 9 DINÂMICA DE ÁGUA E SOLUTOS NO SOLO Dinâmica da água e solutos no solo Considerações teóricas do fluxo de água e solutos no solo Movimento convectivo de solutos no solo Movimento de solutos por dispersão hidrodinâmica Movimento convectivo e dispersivo (combinados) de solutos no solo Equação da continuidade do movimento do soluto simultâneo de água e solutos no solo Equação diferencial geral que governa o movimento simultâneo de água e solutos no solo, nos regimes de fluxo transiente e não transiente 443 Literatura citada 457 APÊNDICE - A técnica iterativa de Newton-Raphson como solução numérica de equações não lineares 461 ÍNDICE REMISSIVO 464 -xiv-