Exercícios_em_casa3_Fisica_Solo_2sem2013

Prévia do material em texto

7
4
Exercícios – solução de problemas – 27/11/2013
6. Água no solo
6.1. Calcular a variação do armazenamento da água no solo a partir dos dados da Tabela 6.1. 
Tabela 6.1. Teores de umidade do solo (θ, cm3 cm-3) em diferentes dias e profundidades.
	Profundidade
(cm)
	Períodos (dias)
	Profundidade
(cm)
	Períodos (dias)
	
	6
	12
	18
	24
	
	6
	12
	18
	24
	
	----------cm3 cm-3---------
	
	----------cm3 cm-3---------
	0
	0,32
	0,25
	0,27
	0,24
	60
	0,33
	0,20
	0,23
	0,22
	20
	0,35
	0,22
	0,19
	0,15
	80
	0,32
	0,30
	0,28
	0,26
	40
	0,33
	0,23
	0,18
	0,12
	100
	0,34
	0,32
	0,30
	0,34
Dicas: Slides 10-11 (Aula_Cap6_Física_Solo) mostram o roteiro de cálculo para:
Gerar a Tabela 6.2. (Similar à Tabela 6.1.);
Finalmente, calcular a perda média diária do período todo (do dia 6 até o dia 24) de 0 a 100 cm de profundidade.
6.2. Calcule o gradiente de potencial – aumento do potencial por unidade de comprimento – entre pontos A e B, separados por 10cm, em que  cm de H2O e  cm de H2O
Lembrete: Como e são vetores de mesmo sentido, porém de sentido contrário, é conveniente escrever:
.
6.3. Qual é o potencial de pressão de um ponto no fundo de um lago com seis 6 metros de profundidade? Expresse os resultados em energia por volume; em energia por massa; e energia por peso.
6.4. Qual é a pressão osmótica de uma solução nutritiva como os seguintes sais:
KNO3 0,005 M; 
Ca(NO3)2.4H2O 0,005;
NH4H2PO4 0,003 M;
MgSO4.7H2O 0,0015 M.
Dicas: Slides 22 e 23 (Aula_Cap6_Física_Solo).
6.5. Calcule a ascensão capilar de uma coluna de água a 250C, com ângulo de contato de 100 e tensão superficial de de 71,9 g s-2, em tubos capilares de 1 mm; 0,1 mm; e 0,01 mm.
Dicas: Slides 27 e 28 (Aula_Cap6_Física_Solo).
6.6. Toma-se um torrão de terra saturado por água (P=0) e aplica-se uma pressão de P de 0,4 atm, em ambiente hermeticamente fechado, e espera-se o equilíbrio. Considerando-se o solo constituído de capilares de diâmetro r, dizer até qual diâmetro de poros a água foi retirada com a aplicação aplicada. Dados da água: Temperatura da água – 300C, com densidade de 1,003 g cm-3; =100; 1 atm = 1,013.106 bar.
6.7. Calcular os potenciais matriciais de um solo com as seguintes leituras nos pontos:
Ponto A
Altura h = altura da leitura do manômetro de mercúrio – 35 cm;
Altura h1 = altura do manômetro em relação à superfície do solo – 40 cm;
Altura h2 = profundidade da cápsula em relação à superfície do solo 40.
Ponto B
Altura h = altura da leitura do manômetro de mercúrio – 55 cm;
Altura h1 = altura do manômetro em relação à superfície do solo – 45 cm;
Altura h2 = profundidade da cápsula em relação à superfície do solo – 35 cm.
Ponto C
Altura h = altura da leitura do manômetro de mercúrio– 30 cm;
Altura h1 = altura do manômetro em relação à superfície do solo – 50 cm;
Altura h2 = profundidade da cápsula em relação à superfície do solo – 40 cm.
Dicas: slides 32 e 33 da Aula_Cap6_Física_Solo.
6.8. Calcule os valores de velocidade de infiltração de um ensaio de infiltração de água no solo:
Tabela 6.2. Determinação da curva de infiltração e velocidade de infiltração pelo infiltrômetro.
	Tempo (min)
	
	Régua (cm)
	
	Infiltração acumulada (cm)
	
	Velocidade de infiltração (cm h-1)
	Hora
	Acumulado
	
	Leitura
	Diferença
	
	(a)
	(b)
	
	(c)
	(d)
	 13:30
	 0
	
	15,0
	-
	
	-
	-
	
	-
	
	13:35
	 5
	
	13,4
	1,6
	 
	1,6
	
	
	
	
	 13:40
	 10
	
	12,8
	0,6
	
	2,2
	
	
	
	
	13:50
	 20
	
	12,0
	0,8
	
	3,0
	
	
	
	
	 14:00
	 30
	
	11,3
	0,7
	
	3,7
	
	
	
	
	 14:10
	 40
	
	10,6
	0,7
	
	4,4
	
	
	
	
	 14:30
	 60
	
	 9,7
	0,9
	
	5,1
	
	
	
	
	14:50
	 80
	
	 8,8*
	1,1
	
	6,2
	
	
	
	
	15:30
	120
	
	13,4
	1,6
	
	7,8
	
	
	
	
	16:10
	160
	
	12,1
	1,3
	
	9,1
	
	
	
	
	17:50
	200
	
	10,8
	1,3
	
	10,4
	
	
	
	
	18:30
	240
	
	9,9
	0,9
	
	11,3
	
	
	
	
(a) e (b) Infiltração determinada e acumulada pela equação potencial. I = a.tn, respectivamente.
(c) Velocidade de infiltração calculada pela equação vi = (h1 h2)/(t2 t1)
(d) Velocidade de infiltração calculada pela derivada de equação de infiltração vi = a.n.tn1= dI/dt
(*) O cilindro foi recarregado até os 15 cm de altura.
Figura 6.1. Infiltração acumulada de água no solo com dados obtidos com ensaio de infiltração com infiltrômetro de duplo cilindro pela equação potencial.
Tarefas: 
Preencher a coluna (b) da Tabela 6.2 pelos parâmetros estimados na equação de regressão constante na Figura 6.1
Calcular a velocidade de [infiltração (coluna (c)] pela expressão:
Exemplo: 
e assim por diante... 
Calcular a velocidade de [infiltração (coluna (d)] pela derivada da função calculada, constante na Figura (gráfico) 6.1.
Estime a velocidade de infiltração básica (vib) aproximada. 
Dicas: 
A vib é o valor praticamente constante da velocidade, após um tempo razoavelmente longo.
Esclarecimentos encontram-se no arquivo ÁGUA NO SOLO - 20003.docx, item 6.7.
9. Resistência do solo à penetração
9.1. Calcular os valores de número de impactos por decímetro (NI dm1) a partir dos dados da Tabela 9.1.
Exemplo de cálculo:
Número de impactos dm-1 = 2/(29-23)x10=3,3 impactos dm-1
Tabela 9.1. Dados obtidos com penetrômetro de impacto: profundidade versus número impactos observados e calculados (impactos dm-1). 
	Repetição 1
	Repetição 2
	Profundidade
	Número de impactos
	Profundidade
	Número de impactos
	
	Observados
	Calculados
	(cm)
	Observados
	Calculados
	 0,0-10,0
	1
	
	 0,0-10,0
	1
	
	 10,0-13,0
	3
	
	 10,0-13,0
	3
	
	 13,0-18,0
	3
	
	 13,0-16,0
	2
	
	 18,0-22,0
	2
	
	 16,0-23,0
	3
	
	 22,0-27,0
	2
	
	 23,0-28,0
	3
	
	 27,0-38,0
	2
	
	 28,0-38,0
	3
	
	 38,0-44,0
	2
	
	 38,0-44,0
	2
	
	 41,0-51,0
	2
	
	 41,0-49,0
	2
	
	 51,0-60,0
	1
	
	 49,0-60,0
	2
	
Tarefas: 
Após preencher a Tabela 9.1 construa uma nova tabela, transformando o NI dm-1 em valores de energia (pressão, MPa) usando a equação:
 (em kPa)
 (MPa)
Dizer em que parte do perfil se encontra a faixa de maior resistência à penetração.
10. Compactação do solo
10.1. No teste de Proctor (simulação da compactação do solo) calcular a energia (Ec) aplicada sobre uma amostra de solo, em que o peso do soquete é de 2,5 kgf; L, a altura de queda livre é de 30 cm; n, o número de camadas de solo é de 3; N, o número de golpes por camada; e V, o volume do cilindro (cm3), usando a fórmula:
10.2. Determine a umidade ótima de um solo submetido ao teste de Proctor, a partir dos seguintes resultados:
	x - Massa de umidade - 5% 10% 15% 20% 25% 30%
	y - Densidade do solo - 1,62 1,74 1,81 1,82 1,78 1,72 kg cm3
	
Figura 10.1. Relação da densidade versus umidade do solo determinada pelo teste de Proctor.
Tarefas: use os dados da Figura 10.1:
Determine o valor de umidade ótima para obter a densidade máxima (derivada da função) – apresente o cálculo da derivada;
Calcule o volume de umidade e o grau de saturação no conteúdo ótimo de umidade para compactação ótima do solo.
Exemplo: 
Se o valor de umidade do solo (u – g g-1) estimada for igual a 12 g g-1, o volume de umidade será:
Como a porosidade do solo é
e o grau de saturação é
Consequentemente,
.
Palotina, 27/11/2013
Prof. Huberto José Kliemann