154 ISSN 1679-0162 Sete Lagoa, MG Dezembro, 2008 Determinação da denidade de olo e de horizonte cacalhento João Herbert Moreira Viana 1 Introdução A denidade de olo é uma da caracterítica importante na avaliação do olo. Ea caracterítica etá aociada à etrutura, à denidade de partícula e à poroidade do olo, podendo er uada como uma indicadora de proceo de degradação da etrutura do olo, que pode mudar em função do uo e do manejo do olo. A medição da denidade de olo é uada, por exemplo, para a converão da umidade determinada em bae gravimétrica para a umidade em bae volumétrica, utilizada no cálculo de diponibilidade de água para a planta e determinação da neceidade de irrigação. A determinação da compactação do olo também pode er avaliada via denidade de olo. A denidade é definida como a relação entre a maa de ólido eco do olo e eu volume total (Equação 1), tendo como unidade de medida, no Sitema Internacional, kg m -3 ou g cm -3 : onde [Equação 1] D é a denidade de olo, m é a maa do olo eco e V é o volume do olo. m D = V 1 Eng. Agr., Doutorado,Solo e Nutrição de Planta, Embrapa Milho e Sorgo. Cx. Potal 151. 35701-970 Sete Lagoa, MG. jherbert@cnpm.embrapa.br ComuTec154.p65 1
2 Determinação da denidade de olo e de horizonte cacalhento A relação entre a denidade de olo, a denidade de partícula e a poroidade é definida pela fórmula (Equação 2): onde P [Equação 2] P é a poroidade do olo, D é a denidade de olo e D p é a denidade de partícula. = 1 D D A determinação da denidade é, então, obtida pela medição direta dea dua variávei. O método uual para determinação da denidade envolve a obtenção de uma amotra de volume conhecido por meio de anéi volumétrico inerido no olo com o uo de equipamento apropriado. A maa da amotra é obtida por peagem em balança analítica apó remoção da umidade em etufa a 105 C até peo contante. Ee método, denominado Método do anel volumétrico, é o mai uado em trabalho de avaliação da denidade de olo (Blake e Hartge, 1986; Embrapa, 1997). Apear de er um método imple e relativamente rápido, exige cuidado durante a obtenção da amotra para e evitar ua deformação ou ua ruptura. Seu maior limitante, no entanto, é a neceidade da inerção do anel no olo por preão, o que ó é poível em olo ou horizonte livre de corpo rígido maiore que a fração areia, como cacalho, calhau ou raíze groa. A preença dee corpo impede a inerção do cilindro, podendo danificar a borda cortante do anel ou, ainda, cauar a deformação da amotra, cao eja aplicada preão adicional para romper a reitência dee objeto. Io levou à neceidade de e deenvolver método alternativo para a obtenção de amotra de volume conhecido. p O método alternativo mai conhecido para e determinar o volume de amotra retirada em o uo do anel é o Método do torrão parafinado. Ete método conite na coleta de um torrão de olo e ua impermeabilização uperficial por meio de parafina derretida e na obtenção do volume do torrão por delocamento de líquido (Embrapa, 1997). Alternativamente pode er uada uma reina impregnante. Ee método apreenta, como limitação, a neceidade de e obter um torrão etável, que reita ao tranporte, à manipulação e ao proceo de impermeabilização, além de er batante trabalhoo. Ee método também não é aplicável em ituaçõe onde ocorre quantidade apreciável de fração groeira, principalmente quando a quantidade de cacalho e calhau é muito maior que a fração terra fina. Nee cao, não é poível inerir o anel (e.g. Harrion et al., 2003), nem e pode obter um torrão etável, poi ete facilmente e eboroa e e perde. A fraçõe groeira (fraçõe > 2,0mm) podem er encontrada em maior ou menor abundância em vária clae de olo, podendo er formada por fragmento de minerai, de rocha ou por materiai cimentado, como concreçõe e nódulo. Solo com caráter concrecionário ou contato lítico fragmentário, aim como olo cacalhento (Santo et al., 2005), e enquadram nee cao (Figura 1), em que o método convencional para determinação de denidade de olo não e aplica. Io também é válido para algun horizonte cacalhento (Figura 2). Embora na maioria da veze ee olo apreentem limitaçõe evera para o uo agrícola, em algun cao podem ter uo intenivo em ambiente epecífico. O conhecimento de ua propriedade fíica é também neceário para outro fin, como a etimativa da recarga de aquífero, a avaliação de etoque de carbono e em etudo de recuperação de área degradada. ComuTec154.p65 2
Determinação da denidade de olo e de horizonte cacalhento 3 Figura 1. Exemplo de um olo muito cacalhento, contendo 80% de cacalho e calhau em todo o perfil. Figura 2. Exemplo de um horizonte muito cacalhento, localizado a 50cm de profundidade, contendo cerca de 60% de cacalho e calhau. Algun método foram propoto na literatura para a obtenção do volume nee cao e envolvem a determinação do volume deixado por uma amotra removida e peada à parte, como o método da ecavação. Ete método precreve a remoção de um volume de amotra, eparado para peagem apó ecagem, e a determinação do volume deixado no olo ecavado por meio do preenchimento do epaço vazio por meio de um fluido, que pode er água, apó impermeabilização da uperfície, ou outro material que preenche o epaço, como areia ou um balão de borracha. O método exige calibração, no cao do uo de areia, e muito cuidado na determinação da uperfície do olo medido para e evitar erro groeiro no reultado final (Blake e Hartge, 1986). ComuTec154.p65 3
4 Determinação da denidade de olo e de horizonte cacalhento Nete trabalho, é propoto um método para a determinação da denidade de olo ou horizonte muito cacalhento, para o quai o método convencionai não ão aplicávei, e que permite a medida direta do volume de um torrão de olo. Ete método é uma adaptação do método de Braher et al. (1968), que uam a reina Saran para impregnação de torrõe viando medição de denidade de olo e de retenção de umidade. Conite baicamente no preparo de um monolito de olo, que é eculpido e uperficialmente impregnado in itu, endo poteriormente impermeabilizado em laboratório. O volume do monolito é então determinado por delocamento de líquido e ua maa determinada por peagem direta, apó ecagem em etufa. Ee método pode também er empregado em qualquer tipo de olo, além do cacalhento e pedregoo, podendo er aplicado, por exemplo, quando e upeitar de deformação na amotra cauada pelo anel volumétrico (Braher et al., 1968). Método O procedimento inicial conite na determinação do local de coleta, que, de acordo com o objetivo do trabalho, pode er o horizonte uperficial ou outro mai profundo. Procede-e à abertura de uma trincheira, cujo tamanho é determinado pela profundidade do horizonte a er amotrado (Figura 3 a e b). Apó a abertura da trincheira, inicia-e a fae de preparo do monolito, que conite em e eculpir o memo ecavando-e ao eu redor (Figura 4). Figura 3. Seleção do ponto de amotragem (equerda) e profundidade (direita) para retirada do monolito. ComuTec154.p65 4
Determinação da denidade de olo e de horizonte cacalhento 5 Figura 4. Ecavação do monolito para impregnação em campo Terminada a ecavação e dado a forma e o tamanho deejado ao monolito, procede-e à impregnação de ua uperfície com a reina. O volume do monolito deve er uficientemente grande para que eja repreentativo do horizonte e é ugerido um tamanho mínimo de 1.000cm 3 (10 x 10 x 10cm). Ee tamanho deve levar em conta também a maior dimenão do fragmento paívei de e encontrar no torrão. A forma de tronco de cone (ou tronco de pirâmide) é mai adequada, poi facilita a impregnação uperficial e reduz o eboroamento lateral da amotra. Nea fae, é uada a cola de PVA (cola branca) como reina de impregnação, diluída em água e álcool hidratado na proporção de 5:4:1 (cola, água, álcool). Ea diluição pode er alterada até que e obtenha uma upenão de vicoidade adequada para o trabalho. A upenão impregnante deve er uficientemente fluida para poder er aplicada à uperfície formando um filme contínuo, ma em er aborvida em grande quantidade ou ecorrer pela borda. A cola é, então, aplicada à uperfície do torrão com o auxílio de um pincel macio. A uperfície deve er coberta de forma que uma fina película e forme, permitindo a manutenção da partícula agregada (Figura 5). O topo e a laterai do monolito devem er recoberta com a reina. ComuTec154.p65 5
6 Determinação da denidade de olo e de horizonte cacalhento Figura 5. Impregnação da uperfície do monólito com a cola de PVA. Apó a ecagem, o monolito pode er removido por ecavação de ua bae (Figura 6), endo então invertido e tendo ua bae impregnada com a mema reina apó o debate do exceo de material (Figura 7). Ea operação deve er feita com cuidado para e evitar a ruptura da bae do monolito, epecialmente em materiai pouco conolidado. Uma camada adicional de reina pode er aplicada para e reforçar e completar a anterior. O tempo de ecagem varia dependendo da umidade do olo e do ar, endo em geral em torno de 6 a 8h. Apó a completa ecagem da cola, procede-e à egunda impregnação, agora uando-e a reina impermeabilizante do tipo reina acrílica etirenada. O monolito deve er recoberto com uma fina camada da reina, de forma contínua, garantindo-e a completa cobertura da ua uperfície (Figura 8). Deve-e garantir que a ecagem da reina eja completada ante de e proeguir na mediçõe. Ea etapa deve er feita em local aberto e arejado para e evitar a inalação do vapore do olvente da reina. ComuTec154.p65 6
Determinação da denidade de olo e de horizonte cacalhento 7 Figura 6. Remoção do monolito do ponto de coleta impregnado com a cola de PVA já eca. Figura 7. Limpeza e impregnação da bae do monolito. ComuTec154.p65 7
8 Determinação da denidade de olo e de horizonte cacalhento Figura 8. Impregnação da uperfície do monolito com a reina acrílica. Procede-e então à peagem do monolito em balança analítica (Figura 9). Conidera-e, para efeito prático, que o peo adicional da reina aplicada é deprezível comparado ao peo total do torrão. Apó ea peagem, procede-e à obtenção do volume da amotra por meio da imerão da mema em um recipiente de volume conhecido e previamente calibrado. A calibração é efetuada preenchendo-e o recipiente até uma marca feita em ua borda e medindo-e o volume total de água uado. A amotra é colocada no recipiente e ee é completado até a marca da calibração, endo o volume de água medido por bureta ou peagem (Figura 10). No cao de monolito grande (maiore que 1L), a peagem do recipiente e torna mai fácil e mai precia que a medição direta do volume. Aumindo-e a denidade da água D» a 1,0, o volume pode er coniderado igual à maa de água, uando-e unidade compatívei. Figura 9. Peagem do monolito em balança analítica. ComuTec154.p65 8
Determinação da denidade de olo e de horizonte cacalhento 9 onde D é a denidade de olo, m t é a maa do torrão, m u é a maa da amotra de olo úmido, m é a maa da amotra de olo eco em etufa, f c é o fator de correção de umidade, V rc é o volume total de água até a marca de referência no recipiente em a amotra, V ad é o volume adicionado de água até atingir a marca de referência no recipiente apó a colocação da amotra. Deve-e verificar e não há entrada de água na amotra, o que pode er obervado e houver formação de bolha na uperfície do torrão. Cao io aconteça, é neceário ecar a amotra e repetir o proceo de impregnação. Figura 10. Peagem do conjunto recipiente + monolito + água em balança analítica. Cálculo A denidade do olo é determinada pela razão da maa do torrão (monolito) corrigida para bae eca e pelo volume do torrão, equivalente à diferença entre o volume de água medido na preença e na auência do torrão (Equação 3). [Equação 3] D = ( mt fc ) ( V V ) rc ad Apó a obtenção do volume, determina-e a umidade de uma amotra retirada do interior do torrão para e obter o fator de correção de umidade (f c ) e a denidade de partícula (D p ) para o cálculo da poroidade total. Exemplo de reultado O reultado motrado na Tabela 1 ão obtido depoi da aplicação do método ao doi cao ilutrado na equência de figura anteriore. A denidade de olo foi obtida por meio da aplicação da Equação 3, uando-e o fator de correção da Equação 4 para uma umidade de 5%. O Exemplo 1 é do olo muito cacalhento (Figura 1), com cerca de 80% de fração groeira. O Exemplo 2 é do horizonte cacalhento, com cerca de 60% de fração groeira (Figura 2). A correção da umidade do torrão é feita por meio da Equação 4: f c [Equação 4] mu m = 1 m ComuTec154.p65 9
10 Determinação da denidade de olo e de horizonte cacalhento Tabela 1. Reultado de Denidade de Solo obtido com o uo do método apreentado. Amotra Peo do torrão Volume de água Fator fc Denidade de olo (g) (cm 3 ) (g cm -3 ) Exemplo 1 3026 1453 0,95 1,978 Exemplo 2 1024 620 0,95 1,569 A poroidade total do olo do exemplo anteriore é calculada por meio da Equação 2, conforme o reultado da Tabela 2, utilizando-e o valor de denidade de partícula de 2,7g cm -3. Tabela 2. Reultado de Poroidade Total obtido com o uo do método apreentado. Amotra Denidade de olo (g cm -3 ) Poroidade total Exemplo 1 1,978 0,267 Exemplo 2 1,569 0,419 Concluõe CLAESSEN, M. E. C. (Org.). Manual de metodo de analie de olo. 2.ed. rev. atual. Rio de Janeiro: EMBRAPA-CNPS, 1997. 212 p. (EMBRAPA-CNPS. Documento, 1). HARRISON, R. B.; ADAMS, A. B.; LICATA, C.; FLAMING, B.; WAGONER, G. L.; CARPENTER, P. and VANCE E. D.. Quantifying Deep-Soil and Coare-Soil Fraction: Avoiding Sampling Bia. Soil Science Society of America Journal, Madion, v. 67, p. 1602 1606, 2003 SANTOS, R. D.; LEMOS, R. C.; SANTOS, H. G.;KER, J. C.; ANJOS, L. H. C. Manual de decrição e coleta de olo no campo. 5. ed. rev. ampl. Viçoa: Sociedade Braileira de Ciência do Solo, 2005. 100 p. O método propoto repreenta uma alternativa viável para a obtenção direta do valore de denidade de olo e de poroidade total de olo de materiai para o quai o método convencionai não ão aplicávei. Trata-e de um procedimento imple e de baixo cuto, utilizando-e equipamento e reagente de fácil aquiição. Apreenta como principai limitaçõe o fato de er um procedimento laborioo e requerer maior tempo que o convencional, o que deve er levado em conta no planejamento e na execução do trabalho de coleta no campo. Referência bibliográfica BLAKE, G. R.; HARTGE, K. H. Bulk denity. In: KLUTE, A. (Ed.). Method of oil analyi. Part 1. Phyical and mineralogical method. 2nd. ed. Madion: Wiconin, American Society of Agronomy, Soil Science Society of America, 1986. p. 363-375. (Agronomy Serie, 5) BRASHER, B. R.; FRANZMEYER, D. P.; VALASSIS, V.; DAVIDSON, S. E. Ue of Saran rein to coat natural oil clod for bulk-denity and water-retetion meaurement. Soil Science, Baltimore, v. 101, n. 2, p.108, 1968 ComuTec154.p65 10
Determinação da denidade de olo e de horizonte cacalhento 11 Comunicado Técnico, 154 Exemplare deta edição podem er adquirido na: Embrapa Milho e Sorgo Endereço: Rod. MG 424 Km 45 Caixa Potal 151 CEP 35701-970 Sete Lagoa, MG Fone: (31) 3027 1100 Fax: (31) 3027 1188 E-mail: ac@cnpm.embrapa.br 1 a edição 1 a impreão (2008): 200 exemplare Comitê de publicaçõe Expediente Preidente: Antônio Álvaro Coretti Purcino Secretário-Executivo : Paulo Céar Magalhãe Membro: Andrea Almeida Carneiro, Carlo Roberto Caela, Cláudia T. Guimarãe, Clenio Araujo, Flavia França Teixeira, Jurandir Vieira Magalhãe Revião de texto: Clenio Araujo Editoração eletrônica: Tânia Mara Aunção Barboa ComuTec154.p65 11