RTERIZÇÃO MORFOLÓGI E FÍSI DE UM PERFIL DE RGISSOLO PR PROVEITMENTO DO SUBSOLO NO ONFORTO MBIENTL DE EDIFIÇÕES ezar ugusto Burkert Bastos Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, Brasil, bastos@dmc.furg.br Joaquim Vaz Universidade Federal do Rio Grande, Rio Grande, Brasil, jvaz@dmc.furg.br Élvio Giasson Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto legre, giasson@ufrgs.br Miguel loysio Sattler Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto legre, sattler@ufrgs.br RESUMO: Este trabalho tem como objetivo apresentar a caracterização morfológica e física de um perfil de rgissolo Vermelho-marelo originário de rocha granítica encontrado no município de Viamão, RS. Na área de estudo, está sendo desenvolvido um projeto de aproveitamento do subsolo local no conforto térmico de edificações. Foi realizada uma descrição morfológica do perfil de solo segundo critérios pedológicos e a caracterização física por métodos geotécnicos, sendo determinados para tal os índices físicos do solo ao longo de sua profundidade. O cruzamento destas informações de cunho pedológico e geotécnico permitiu caracterizar adequadamente o solo local e melhor interpretar as características físicas deste solo frente sua gênese. PLVRS-HVE: rgissolo, aracterização Física, onforto Térmico. 1 INTRODUÇÃO busca por edificações energeticamente eficientes tem se tornado um desafio à Engenharia ivil. Neste sentido, o uso de fontes energéticas renováveis, como a radiação solar, para o conforto térmico de ambientes tem sido tema atual de várias pesquisas. influência sazonal da radiação solar incidente é significativa nas camadas mais superficiais do solo. Em relação ao meio ambiente externo, o subsolo apresenta um perfil térmico anual cada vez mais estável em profundidade e defasado no tempo, tendo em conta o que acontece em sua superfície, ainda que, na média, as temperaturas se aproximem. Logo, a variação da temperatura, além de diminuir de amplitude exponencialmente com a profundidade no solo, se defasa no tempo em relação à variação na superfície, como decorrência da inércia térmica do solo. Este comportamento térmico mais ameno e mais estabilizado do solo, comparado com a variação climática que ocorre no ambiente externo, faz com que, em períodos frios, o subsolo não se mostre com temperaturas tão baixas e, em períodos quentes, o subsolo não se mostre com temperaturas tão altas. Este comportamento pode propiciar uma boa alternativa para o pré-aquecimento de ambientes no inverno, e o resfriamento de ambientes no verão, minimizando o consumo de energia convencional para conforto térmico nas edificações. Para este intento, duas estratégias podem ser usadas: o contato direto da edificação com o solo, o qual envolve o posicionamento da edificação de forma que sua envoltória fique em contato total ou parcial com o solo, para trocar calor; e o contato indireto, o qual envolve o uso de trocadores de calor solo-ar, que são sistemas constituídos por dutos enterrados, através dos
quais o ar do ambiente é circulado, com auxílio de ventiladores, para trocar calor com o solo. Nos períodos quentes, a troca é no sentido de resfriar o ambiente, com o solo absorvendo calor do ar circulante, e nos períodos frios é no sentido de aquecer o ambiente, com o solo cedendo calor. O ar externo também pode ser circulado no trocador de calor solo-ar, com a finalidade de renovar o ar dos ambientes. Uma pesquisa desenvolvida junto às instalações do Resort Ecológico Vila Ventura, no município de Viamão/RS, busca estudar as estratégias descritas acima. caracterização morfológica e física do perfil de solo local, classificado como rgissolo Vermelho-marelo, constitui fase importante neste projeto e a apresentação dos resultados obtidos é o objetivo deste artigo. natural limpo para a descrição morfológica (Figura 2). partir desta profundidade, foi utilizado o trado para continuidade da coleta de amostras para a caracterização física (Figura 3). 2 MTERIIS E MÉTODOS 2.1 aracterização Morfológica Figura 2. Limpeza do perfil, expondo o solo natural descrição morfológica do perfil de solo local foi realizada junto a um talude de corte de cerca de 7 m de altura situado em área interna ao supra citado empreendimento (Figura 1). O talude foi escolhido por representar o perfil típico na área e situar-se próximo à área experimental onde os trocadores de calor encontravam-se enterrados. Figura 3. Tradagem para amostragem a maior profundidade Figura 1. Talude representativo do perfil de solo local descrição morfológica segue os critérios especificados no Manual de Descrição e oleta de Solos no ampo (Lemos et al., 5). O talude foi escavado da superfície até cerca de 1,5 m de profundidade, expondo solo No perfil exposto foram identificados 7 horizontes (seções horizontais no perfil onde o solo apresenta características morfológicas e físicas similares, como reflexo de algum processo pedogenético). Para cada horizonte foi realizada a seguinte seqüência de observações para a descrição morfológica do perfil: or com apoio da tabela de Munsell; Textura pela análise tátil; Estrutura pela avaliação do tipo, tamanho e grau de desenvolvimento dos agregados; onsistência (seca, úmida e molhada) pelos testes de dureza, friabilidade, plasticidade e pegajosidade; Presença de raízes
2.2 aracterização Física caracterização física realizada segue métodos geotécnicos e baseia-se na determinação dos índices físicos do solo. De cada horizonte descrito foram coletados anéis biselados, com 6 cm de diâmetro e 2 cm de altura, por meio de cuidadosa moldagem na superfície do perfil (Figura 4). Foram coletados anéis biselados nas seguintes profundidades: 25, 55, 1, e cm Figura 4. néis biselados moldados para determinação de índices físicos do solo em cada horizonte Estes corpos de prova foram utilizados na determinação do peso específico aparente natural, teor de umidade e peso específico real dos grãos ao longo da profundidade, estes dois últimos pelo método da estufa (NBR 6457/86) e pelo método do picnômetro (NBR 68/84), respectivamente. Também amostras deformadas foram coletadas exclusivamente para determinação do teor de umidade nas profundidades de 1, 28, 44, 6, 99, 119, 139, 19, 23 e 27 cm. Figura 5. Perfil de solo e seus horizontes 3 RESULTDOS 3.1 Descrição Morfológica do Perfil O perfil de solo a ser descrito, com a identificação dos horizontes, é apresentado na Figura 5. Figura 6 ilustra amostras coletadas para descrição de cor. descrição completa do perfil, segundo padrão especificado em Lemos et al.(5) é apresentada na seqüência: Figura 6. mostras do perfil coletadas para descrição de cor
DESRIÇÃO GERL DT 17.1.8; LSSIFIÇÃO NTERIOR Podzólico Vermelho marelo textura argilosa relevo ondulado e forte ondulado substrato granito (unidade amaquã, segundo Embrapa, 1973); LSSIFIÇÃO SiS rgissolo Vermelho marelo distrófico típico; UNIDDE DE MPEMENTO PVd 4 (segundo Streck et al., 2); LOLIZÇÃO Rodovia RS-18, trecho Viamão- Itapoã, empreendimento hoteleiro Vila Ventura. Viamão (RS); SITUÇÃO, DELIVE E OBERTUR VEGETL SOBRE O PERFIL Descrito e coletado em barranco de corte de aproximadamente 7 metros de altura na área do empreendimento, em topo de elevação com declividade de 5%, sob vegetação nativa parcialmente alterada pela ação antrópica; LITOLOGI - ssociação de rochas metamórficas e migmáticas pertencentes ao omplexo anguçu (segundo IBGE, 1986); FORMÇÃO GEOLÓGI omplexo anguçu (IBGE, 1986); B DESRIÇÃO MORFOLÓGI p -2 cm, bruno-amarelado-escuro (1YR 3/4, úmida); franco-argilosa; pequena e média granular e moderada pequena e média blocos subangulares; friável, plástica e ligeiramente pegajosa. B 2-36 cm, bruno-escuro (7,5YR 3/3, úmida); franco-argilosa; moderada pequena e grande blocos subangulares; firme, plástica e ligeiramente pegajosa. 36-53 cm, bruno-escuro (7,5YR 3/4, úmida); franco-argilosa; moderada pequena e média blocos subangulares; firme, plástica e ligeiramente pegajosa. 53-88 cm, bruno-forte (7,5YR 4/6, úmida); argila; forte pequena e grande blocos subangulares; firme, plástica e ligeiramente pegajosa. 88-11 cm, bruno-forte (7,5YR 4/6, úmida); argila; forte muito pequena e média blocos subangulares; firme, ligeiramente plástica e ligeiramente pegajosa. 11-128 cm, bruno-forte (7,5YR 4/6, úmida); franco argilosa; moderada pequena e grande blocos subangulares; firme, ligeiramente plástica e ligeiramente pegajosa. RONOLOGI Pré-ambriano Superior; MTERIL DE ORIGEM Produto de alteração do material supracitado; PEDREGOSIDDE Não pedregosa; ROHOSIDDE Não rochosa; RÍZES 128- cm+, bruno (7,5YR 4/5, úmida); franca; fraca a moderada muito pequena e média blocos subangulares; firme, ligeiramente plástica e ligeiramente pegajosa. bundantes nos horizontes p,, B; comuns no e ausentes nos demais RELEVO LOL Suave ondulado; RELEVO REGIONL Suave ondulado a ondulado; EROSÃO Ligeira a forte nas áreas antropofizadas; DRENGEM Moderado a bem drenado; VEGETÇÃO PRIMÁRI Floresta Subtropical subcaducifólia; USO TUL Área semi-urbanizada. té a profundidade de cm foram descritos 7 horizontes. Na seqüência tem-se: um horizonte, de 2 cm de espessura, com sinais de atividade agrícola (p); um novo horizonte com 16 cm de espessura; um horizonte de transição B; dois horizontes B texturais (Bt), isto é, com evidente acúmulo iluvial de argila; um outro horizonte de transição (); e por fim o horizonte de alteração. Na base do talude, resquícios de saprólito (rocha altamente alterada) permitiram identificar o material de origem do perfil. O perfil foi classificado como rgissolo Vermelho marelo distrófico típico, segundo os critérios estabelecidos pelo SiS (Sistema Brasileiro de lassificação de Solos), publicado
por Embrapa (6). O termo argissolo deriva da presença de um horizonte subsuperficial mais argiloso no perfil. Segundo Streck et al.(2), os argissolos são solos geralmente profundos e bem drenados, apresentando uma seqüência de horizontes - Bt- (ou -E-Bt-), onde o horizonte B é do tipo textural, isto é, os solos apresentam tipicamente um perfil com gradiente textural, onde o horizonte B sempre é mais argiloso em comparação ao horizonte (ou +E). classificação, no segundo nível categórico, em rgissolo Vermelho-marelo é dada por critério de cor, indicando solos com matiz 5YR ou mais vermelho e mais amarelo que 2,5YR na maior parte dos primeiros 1 cm do horizonte B. O caráter distrófico aponta saturação de bases (relação percentual entre os cátions básicos e o total de cátions presentes no solo) inferior a %. O rgissolo Vermelho marelo distrófico em questão está relacionado à unidade amaquã, por Embrapa (1973). Ocorre nas regiões da Serra do Sudeste e Encosta da Serra do Sudeste, inclusive na sua porção nordeste extrema, no município de Viamão. 3.2 aracterização Física do perfil Tabela 1 apresenta os resultados obtidos com a determinação do teor de umidade do solo ao longo do perfil. Figura 7 ilustra o perfil de umidade com a proundidade Tabela 1. Valores de teor de umidade com a profundidade Horizonte Profundidade (cm) Teor de umidade w (%) p 1 19,2 25 18,6 28 18,4 B 44 22,3 55 27,5 6 3, 99 3,8 1 31,2 119 31,1 139 29, 23,8 19 22,1 23 19,2 27 2,7 teor de umidade - w (%) 5 1 15 2 25 3 35 p 1 B Figura 2. Perfil de teor de umidade do solo estudado Tabela 2 resume os índices físicos obtidos a partir da amostragem com os anéis biselados. Os resultados mostram a maior retenção de umidade no horizonte iluvial, coincindo com o caráter mais argiloso do solo neste. Este dado é significativo na modelagem da transferência de calor do subsolo. Tabela 2. Índices físicos do perfil estudado Hor Prof (cm) γ (g/cm 3 ) w (%) γ d (g/cm 3 ) γ s (g/cm 3 ) e S (%) 25 1,7 18,6 1,44 2,65,85 58,3 55 1,66 27,5 1,3 2,75 1,12 67,9 1 1,68 31,2 1,28 2,71 1,12 75,8 1,87 23,8 1,51 2,74,82 79,6 1,87 16,5 1,6 2,69,68 65,5 γ - peso específico aparente natural; w teor de umidade natural; γ d peso específico aparente seco; γ s peso específico real dos grãos; e índice de vazios; S grau de saturação Figura 8 apresenta o perfil de pesos específicos com a profundidade. O gráfico mostra a redução do peso específico aparente (natural e seco) no horizonte B. O fato indica que, apesar do acúmulo iluvial de argila, a maior estruturação do solo neste horizonte, com
a formação de fortes agregados em blocos, determina menor peso específico aparente. O menor valor para o peso específico real dos grãos para a amostra do horizonte condiz com o maior teor de matéria orgânica, característico deste horizonte pedogenético. Os valores de γ s nos horizontes Bt e no ponto menos profundo do horizonte (> 2,7 g/cm 3 ) indicam presença de minerais pesados, no caso, a descrição morfológica (cor) aponta presença de sesquióxidos de ferro. peso específico (g/cm 3 ) 1 1,5 2 2,5 3 p B índice de vazios,6,7,8,9 1 1,1 1,2 p B 1 1 peso específico aparente úmido (g/cm3) peso específico aparente seco (g/cm3) peso específico real dos grãos (g/cm3) Figura 9. Valores de índice de vazios com a profundidade grau de saturação (%) 6 7 8 p B Figura 8. Valores de pesos específicos aparentes natural e seco e peso específico real dos grãos com a profundidade s Figuras 9 e 1 representam os valores de índices de vazios e graus de saturação com a profundidade. Na primeira, fica claro o aumento da porosidade no horizonte iluvial. omo comentado anteriormente, a maior estruturação do solo nos horizontes Bt, com a formação de macroporos, pode justificar em parte este resultado. Observando-se a Figura 1, é nítido o aumento da saturação dos poros do solo com a profundidade, até o topo do horizonte, a partir daí foi verificada brusca redução no valor do grau de saturação. 1 Figura 1. Valores de grau de saturação com a profundidade
Estes dados também se mostram relevantes na análise da transferência de calor entre o subsolo e a edificação ou dutos de ventilação enterrados. no ampo. 5ª edição. Viçosa:Sociedade Brasileira de iência do Solo, 1p., 5 Streck, E.V.; Kämpf, N.; Dalmolin, R.S.D.; Klamt, E.; Nascimento, P.. e Schneider, P. Solos do Rio Grande do Sul. Porto legre: EMTER/RS; UFRGS, 17p., 2. 4 ONLUSÕES O trabalho realizado apresenta a descrição morfológica e física de um perfil de argissolo empregado no aproveitamento energético para maior conforto térmico a edificações. descrição morfológica permitiu definir os horizontes pedogenéticos e indicar suas propriedades: cor, textura, estrutura, consistência e presença de raízes. Na caracterização física por meio da determinação dos índices físicos ao longo da profundidade, destaca-se a identificação do acúmulo de umidade e da maior porosidade do solo no horizonte B textural, condizente com a textura mais argilosa e com a maior estruturação deste horizonte, característico da pedogênese de argissolos. Estas informações são extremamente relevantes para a modelagem da transferência de calor entre o subsolo e a edificação ou trocadores enterrados. GRDEIMENTOS o Resort Ecológico Vila Ventura, pelas condições propiciadas ao desenvolvimento da pesquisa. REFERÊNIS ssociação Brasileira de Normas Técnicas NBR 6457/86 - mostras de Solo - Preparação para Ensaios de ompactação e Ensaios de aracterização. 9p., 1986 ssociação Brasileira de Normas Técnicas NBR 68/84 - Grãos de solos que passam na peneira de 4,8 mm Determinação da massa específica. 8p., 1984 Embrapa. Levantamento de Reconhecimento dos Solos do estado do Rio Grande do Sul. Recife:Divisão de Pesquisa Pedológica/Embrapa, 429p., 1973 Embrapa Sistema Brasileiro de lassificação dos Solos. 2ª edição. Rio de Janeiro:Embrapa Solos, 36p., 6 IBGE Levantamento de Recursos Naturais. Vol 33. Rio de Janeiro:IBGE, 791p., 1986 Lemos, R.D.; Lemos, R..; Santos, H.G.; Ker, J.. e njos, L.H.. Manual de Descrição e oleta de Solo