Condutividade Hidráulica em Solos

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Condutividade Hidráulica -
conceituação e aspectos gerais
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9. CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA -
CONCEITUAÇÃO E ASPECTOS GERAIS
Condutividade hidráulica é a propriedade de um
meio poroso, o solo no caso, de se deixar atravessar
pela água.
Na drenagem subterrânea é importante o conheci-
mento da condutividade hidráulica do solo, quando
saturado, por ser um dos valores empregados no
cálculo do espaçamento entre drenos. A título de
ilustração, apresenta-se na Figura 1, a fórmula de
Hooghoudt para cálculo de espaçamento entre
drenos, sendo ela, dentre muitas outras, a mais
comumente empregada pela praticidade e por
fornecer resultado satisfatórios.
Fig. 1 - Representação esquemática dos valores
utilizados na fórmula de Hooghoudt
L2 = 8K2 dh/R + 4K1 h
2 /R
L = espaçamento entre drenos (m)
K1 = condutividade hidráulica da camada situada acima
do dreno (m/dia)
K2 = condutividade hidráulica da camada situada abaixo
do dreno (m/dia)
R = lâmina d’água a drenar ou recarga projetada (m/dia)
d = profundidade efetiva da barreira (m)
h = altura assumida para lençol freático no ponto médio
entre drenos (m)
Nota-se que existem na fórmula 3 (três) parâmetros
fundamentais para o cálculo do espaçamento entre
drenos, que são a condutividade hidráulica, que é
uma característica inerente ao solo, a profundidade
da barreira e a lâmina de água diária a ser drenada.
Quanto ao valor h este é facilmente obtido
(estimado) em função do tipo de cultura e da
profundidade escolhida para instalar o sistema de
drenagem. Do exposto, concluí-se que em todo
estudo de drenagem subterrânea é indispensável
o conhecimento dos valores da condutividade
hidráulica dos solos a serem drenados.
São muitos os teste de campo empregados para
medir a condutividade hidráulica de um solo ou
amostra de solo. Esses testes são às vezes
denominados de teste de infiltração, teste de
permeabilidade ou teste de condutividade
hidráulica.
Infiltração, permeabilidade e condutividade
hidráulica têm significados idênticos porque
refletem a capacidade de um solo se deixar
atravessar pela água; cada denominação é
geralmente empregada com o fim específico
como:
Infiltração - movimento vertical descendente de
água em um meio poroso.
Permeabilidade - característica de um meio de se
deixar atravessar pela água
Condutividade hidráulica saturada - movimento
da água em um solo saturado.
Todo teste de condutividade hidráulica é baseado
nos princípios da lei de Darcy para o movimento
da água em solo.
Segundo Lei de Darcy, o fluxo da água através de
um solo saturado é diretamente proporcional à
carga hidráulica e inversamente proporcional à
coluna do solo, onde:
Q = K i A
Q = descarga em cm3 / h
K = condutividade hidráulica em cm / h ou m / dia
A = área de fluxo em cm2
i = gradiente hidráulico
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Drenagem como Instrumento de Dessalinização e
Prevenção da Salinização de Solos
A condutividade hidráulica pode ser obtida em
laboratório ou diretamente no campo. A Figura 2
ilustra a forma de determinação da condutividade
hidráulica em laboratório.
Fig. 2 - Exemplo esquemático de determinação da
condutividade hidráulica em laboratório.
Empregando-se a fórmula de Darcy, têm-se:
Q = K i A ou 
K = QL / AH
L = altura da coluna de solo em cm
A = área de fluxo em cm2
H = carga hidráulica em cm.
Para a obtenção do valor “ K “, no campo, existem
vários tipos de testes, como:
• Teste de furo de trado em presença de lençol
freático.
• Teste de furo de trado em ausência de lençol
freático.
• Teste de piezômetro.
• Teste de anel permeâmetro.
Os três primeiros medem a condutividade
hidráulica horizontal, enquanto que o teste de anel
mede a condutividade hidráulica vertical.
Detalhes sobre esses testes de campo serão dados
em outro capítulo.
Na determinação da condutividade hidráulica de
laboratório podem ser utilizados tanto amostras
fragmentadas como amostras em estado natural.
Amostras em estado natural são coletadas em
cilindros sem que seja destruída a sua estrutura.
A obtenção da condutividade hidráulica de
laboratório com amostras deformadas era prática
comumente empregada em estudos de solos e em
classificação de terras para irrigação. Na Codevasf
este tipo de teste não é mais pedido nem seus
resultados utilizados por serem irreais e portanto
inúteis.
Valores de condutividade hidráulica de laboratório
obtidos a partir de amostras fragmentadas não
refletem as condições de campo, não devendo
sequer servir para dar uma idéia da permeabilidade
da camada testada, a não ser em solo de textura
arenosa. A seguir, a título de ilustração, são
apresentados, na Tabela 1, valores de conduti-
vidade hidráulica de campo e laboratório obtidos
pela firma PROTECS - Projetos Técnicos Ltda., em
estudos de Levantamento e Reconhecimento de
Solos e Classes de Terras para Irrigação.
Valores médios de condutividade hidráulica
obtidos em laboratórios por meio de amostras em
estado natural, coletadas em cilindros apropriados,
podem ser utilizados no cálculo do espaçamento
entre drenos. Os valores obtidos não são,
entretanto, de grande confiabilidade, conside-
rando-se que as amostras testadas são pequenas
em volume e que o teste é grandemente influencia-
do pela possível presença de orifícios provocados
por raízes, rachaduras ou pedras. Para o cálculo
do espaçamento entre drenos é conveniente que
os valores de “ K “ sejam obtidos no campo.
Na Figura 3 é mostrado, com fim ilustrativo, um
outro exemplo de obtenção do valor K a partir de
amostra fragmentada de solo, empregando o
método do nível constante, onde:
sendo A a área interna do cilindro e L o compri-
mento da amostra de solo percorrido pela água.
A condutividade hidráulica saturado é uma
característica inerente do meio poroso, no caso a
amostra de solo fragmentada.
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conceituação e aspectos gerais
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Fig. 3 - Esquema de cálculo da condutividade
hidráulica
Tabela 1 - Relação, para um Mesmo Solo, Entre a
Condutividade Hidráulica de Campo e Laboratório
C. HIDRÁULICA
(m/dia)
SOLO PROF. CAMPO LABORAT. RELAÇÃO
E ESPESSURA (*) CAMPO/LAB.
CAMADA (m)
Podzólico Vermelho-Amarelo
Eutrófico. Textura Argilosa 100 - 180 0,03 5,0 1/167
Podzólico Vermelho-Amarelo
Eutrófico. Textura Argilosa 80 - 150 0,82 6,0 1/7
Cambissolo Eutrófico.
Textura muito Argilosa 90 - 150 0,24 2,1 1/8,5
Cambissolo Eutrófico.
Textura Argilosa 20 - 100 1,17 6,8 1/6
Cambissolo Vértico.
Textura muito Argilosa 100 180 0,06 1,8 1/30
Cambissolo Vértico Argiloso 70 - 140 0,07 5,0 1/71
Areia Quartzosa 90 - 170 2,34 6,4 1/3
(*) = Amostra fragmentada
100
Drenagem como Instrumento de Dessalinização e
Prevenção da Salinização de Solos
Observa-se que a vazão coletada em função do
tempo é diretamente proporcional à condutividade
hidráulica do meio poroso, a área de fluxo e a
carga hidráulica é inversamente proporcional à
distância a ser percorrida pela água.
Alterações dos valores de H, L e A (área de fluxo
dentro do cilindro, sempre que mantido o mesmo
meio poroso, leva a alterações nos valores de
descarga, sem alterar o valor de K; por outro lado,
sendo mantidos os valores de H, L e A, os valores
de “Q” só se alteram se a amostra de solo for
substituída por outra de valor “K” diferente da
anterior, o que prova que a condutividade
hidráulica é uma característica do meio poroso.
A condutividade hidráulica de um solo sofre
influência de uma série de fatores tais como:
• Qualidade da água utilizada - Em solos salinos
o teste deve ser conduzido também com água
salina.
• Viscosidade da água - Deve ser feita correção
de viscosidade sempre que a temperatura da água
variar em valor igual ou superior a 2º C.
• Textura, estrutura e consistência - O parâmetro
textura, quando avaliado em separado, pode levar
a erros imensos porque solos de mesma textura
podem apresentar estrutura e consistência bem
diferentes. Um solo de textura argilo arenosa, de
estrutura maciça e bastante adensado ou
cimentado pode ser praticamenteimpermeável.
• Efeito da ação de microorganismos - Muitas
vezes um solo apresenta valores de condutividade
hidráulica altos no início do teste e após ser
atingido o estado de saturação. Com o tempo este
valores começam a declinar, o que é atribuído a
ação de microorganismos que se desenvolvem e
morrem entupindo poros do solo.
• Presença de ar nos poros do solo - Sempre que é
iniciado um teste, em solo não saturado, este sofre
a influência da presença de ar que é confinado
nos poros. Com o tempo este ar vai sendo
eliminado caso não haja a ação de outros fatores
atuando em sentido contrário.
Nota: A condutividade hidráulica é igual à
velocidade de fluxo no solo quando o gradiente
hidráulico é igual a unidade, sendo:
Q = K i A Se i = 1, Q = KA
Q = VA
Estabelecendo a igualdade, tem-se:
VA = KA donde:
V = K
V = K i = Velocidade de avanço de uma lâmina
de água no solo.
Como se trata de fluxo em um meio poroso, têm-
se que a velocidade média de avanço da água
nos macro poros do solo, , sendo “P”a po-
rosidade drenável.
Fórmulas para cálculo da condutividade hidráulica
horizontal e vertical em solos estratificados
A Figura 4 abaixo mostra esquematicamente o
padrão de fluxo horizontal em solo estratificado.
Fig. 4 - Fluxo horizontal em solo estratificado
Para facilitar a dedução da fórmula toma-se a
sessão retangular tendo um lado igual a unidade.
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Tem-se que:
Fazendo-se Q Ka di L= ∅ − ∅∑ ( ) /1 2 onde:
Q= soma Q1 + Q2 + Q3 ou vazão total
Ka= média ponderada da condutividade hidráulica;
Igualando as duas últimas operações resulta:
Condutividade hidráulica média vertical em solo
estratificado
A Figura 5 mostra como se dá o fluxo vertical
através de solo formado de várias camadas com
diferentes espessuras e diferentes condutividades
hidráulicas.
Fig. 5 - Fluxo vertical em solo estratificado
Assume-se que:
1) A lei de Darcy é aplicada a cada camada.
2) A1 = A2 = A3 = A = 1
3) Q1 = Q2 = Q3 = Q
Tem-se que:
Q1 = A1V1 = K1. ∆h1 / L1.A1
∆h1 = Q1 L1 / k1 A1
Q2 = A2V2 = K2.∆h2 / L2.A2
∆h2 = Q2 L2 / K2 A2
Q3 = A3V3 = K3.∆h3 / L3.A3
∆h3 = Q3 L3 / k3 A3
Adicionando-se:
∆h1 + ∆h2 + ∆h3 =
Q1 L1 / K1 + Q2 L2 / K2 + .... + Qn Ln / Kn
∆hi = Q (L1 / K1 + L2 / K2 + .... + Ln / Kn)
Como Q = K /
K= média de Ki = 
Bibliografia
1- CODEVASF. Baixio de Irecê: levantamento de
reconhecimento de solos e classes de terras
para irrigação; anexo IV: características físi-
co-hídricas. Brasília : Protecs, 1980. 1 v. il.
2- Notas de aulas.