Física do solo

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Universidade Federal de PelotasUniversidade Federal de Pelotas
FFíísicasica do Solodo Solo
SOLO...
�Suporte da produção agrícola;
�Sistema trifásico e heterogêneo
�Constituição:
•Sólidos: com distintos tamanhos e constituições
•Água (solução do solo): suprimento de água e nutrientes
para as plantas
•Ar: trocas gasosas do sistema radicular
< 0,002Argila
0,05 – 0,002Silte
0,2 – 0,05Areia fina
2 – 0,2Areia grossa
20 - 2Cascalho
200 –20Calhau
> 200Matacão
DIÂMETRO (mm)FRAÇÃO GRANULOMÉTRICA
Textura do solo
O que é textura do solo?
Representa as proporções relativas das frações constituintes do solo.
TexturaTextura do solodo solo
Adaptado de Brady, 1983
Argila
Silte
Areia 
fina
Areia 
grossa
Areia Sociedade 
Internacional 
de Ciência do 
Solo 
 
Argila 
 
Silte Fina 
 
Grossa Cascalho 
 0,002 0,02 0,2 2,0 
 0,002 0,05 0,10 0,25 0,5 1,0 2,0 
Muito 
fina Fina Média Grossa 
Muito 
grossa 
Departamento 
de Agricultura 
dos Estados 
Unidos 
Argila Silte 
Areia 
Cascalho 
Areia Administração Pública de 
Estradas dos 
Estados Unidos 
Argila Silte 
Fina Grossa 
Cascalho 
 0,005 0,05 0,25 2,0 
 Diâmetro de partícula (mm, escala logarítimica) 
� Comportamento e manejo do solo
� Durante a classificação do solo em um determinado local, 
a textura é muitas vezes a primeira e mais importante 
propriedade a ser determinada 
� Resistência do solo à tração
� Dinâmica da água no solo
Textura do solo
Por que conhecer a textura?
É possível alterar a textura pelo manejo?
Textura do solo
�Determinação 
_a campo: pela sensação que o solo molhado e amassado 
oferece ao tato
Areia: Sensação aspereza, não plástico, não pegajoso
Silte: Sensação sedosidade, plástico, pouco pegajoso
Argila: Sensação sedosidade, plástico, pegajoso
Textura do solo
�Determinação 
_em laboratório: análise granulométrica
� Objetivo: separar as frações constituintes do solo (areia, silte e 
argila) de acordo com seu diâmetro.
� A metodologia consiste em dispersão química e mecânica dos 
constituintes do solo e separação por peneiramento e 
sedimentação.
Lei de Stokes
A velocidade de queda (sedimentação) de um material sólido no líquido
ocorre de acordo com seu diâmetro (esférico) e a viscosidade do 
líquido.
Pela lei de Stokes, assume-se que:
�As partículas são esféricas
�A densidade das diferentes partículas são idênticas
�As partículas sedimentam de forma independente, sem interação
entre si
�Não há gradiente de temperatura dentro da proveta, pois afetaria a 
viscosidade e a densidade do líquido
t = tempo de queda (s)
h = altura de queda 10 cm desde a superfície da solução (cm)
η = viscosidade da água a 20 °C (g/cm/s) = 0,008007 g/cm/s
g = aceleração da gravidade (cm/s2) = 980 cm/s2
s= densidade das partículas sólidas (g/cm3) = 2,65 g/cm3
l= densidade do líquido a a 20 °C (g/cm3) = 0,99949 g/cm3
= diâmetro da partícula (cm) = 0,005 mm
Lei de Stokes
ρ
ρ
Φ
2)(
18
Φ−
=
lsg
h
t
ρρ
η
Textura do solo
� Relaciona-se com:
1) Mineralogia 
_FRAÇÃO AREIA – minerais 1°(quartzo e outros silicatos)
_FRAÇÃO ARGILA – minerais 2° (argilominerais: caulinita, 
esmectita, etc, e óxidos: hematita, goethita, etc)
2) CTC
3) ASE
4) Porosidade e densidade do solo
Textura do solo
Relação entre tamanho de partícula e tipo de mineral presente.
_O quartzo é dominante na fração areia e em frações mais grosseiras de 
silte.
_Silicatos primários como o feldspato, hornblenda e mica estão presentes 
na areia e em menores quantidades na fração silte.
_Minerais secundários, como óxidos de ferro e alumínio, são 
predominantes na fração silte de menor diâmetro e na fração argila mais 
grosseira.
Fonte: Brady, 1983
Textura do solo
Condiciona todos os fatores de crescimento em menor ou maior grau
�Influi sobre:
- Retenção, movimento e disponibilidade de água
- Aeração
- Disponibilidade de nutrientes
- Resistência à penetração de raízes
- Estabilidade de agregados
- Compactabilidade dos solos
- Erodibilidade
Fácil preparo mecânico, mais 
lavados e mais pobres em 
elementos fertilizantes
Difícil preparo mecânico, pouco 
lavados e mais ricos em elementos 
fertilizantes
CTC baixaCTC elevada
Solos sem estruturaSolos bem estruturados
Superfície específica baixaSuperfície específica elevada
Boa aeraçãoAeração deficiente
Macroporosidade maiorMicroporosidade maior
Porosidade total menorPorosidade total maior
Densidade do solo maiorDensidade do solo menor
Consistência friável (seco ou 
molhado)
Consistência plástica e pegajosa 
(molhado) e dura (seco) 
Coesão baixaCoesão elevada
Circulação de água fácilCirculação de água difícil
Retenção de água baixaretenção de água elevada
ARENOSOSARGILOSOS
Textura do solo
� Os solos podem ser agrupados em 13 classes texturais -
TRIÂNGULO TEXTURAL
33% argila
40% silte
27% areia
http://www.agricultura.gov.br/
SOLOS TIPO 1:
Solos de textura arenosa, com teor mínimo de 10% de argila e menor do 
que 15% ou com teor de argila igual ou maior do que 15%, nos quais a 
diferença entre o percentual de areia e o percentual de argila seja maior 
ou igual a 50. Assim, adotando-se o percentual de argila = a, e a 
diferença entre os percentuais de areia e argila =∆, temos para os solos 
tipo 1:
10% ≤ a <15%
ou
a ≥ 15% com ∆ ≥ 50
SOLOS TIPO 2:
Solos de textura média, com teor mínimo de 15% de argila e menor do 
que 35%, nos quais diferença entre o percentual de areia e o percentual 
de argila seja menor do que 50. Assim, adotando-se o percentual de 
argila = a, e a diferença entre os percentuais de areia e argila = a, temos 
para os solos tipo 2:
15% ≤ a 35% com ∆ < 50
SOLOS TIPO 3:
Solos de textura argilosa, com teor de argila maior ou igual a 35%. Assim, 
adotando-se o percentual de argila =a, temos para os solos tipo 3:
a ≥ 35%
Art. 2º Recomendar a observância dos seguintes procedimentos para coleta 
de amostras destinadas a análise granulométrica, visando à apuração dos 
tipos de solos adotados pelo Zoneamento Agrícola:
a) as áreas de amostragem devem ser escolhidas de acordo com as 
variações aparentes de cor, vegetação, textura e topografia do terreno;
b) a quantidade de pontos de coleta em cada área de amostragem deve 
resultar em amostra representativa dessa área;
c) em cada ponto de coleta a amostra deve ser retirada na camada de 0 a 
50 cm de profundidade;
d) da amostra coletada em cada ponto de uma mesma área de 
amostragem, após destorroada e homogeneizada, deve ser retirada uma 
parte (sub-amostra). Essas sub-amostras devem ser misturadas para formar 
uma amostra composta representativa da área sob amostragem. Havendo 
mais de uma área de amostragem, idêntico procedimento deve ser realizado 
para cada uma dessas áreas. Cada amostra composta, com identificação da 
área de amostragem a que pertence, deve ser encaminhada ao laboratório 
de solos para análise.
Influenciada por
� Tamanho da partícula afeta: atrito, adsorção, tensão superficial
� Forma da partícula
� Natureza da partícula: ↑MO
� Composição da partícula: atividade, superfície interna.
massaunidade
erficialáreaASE sup=
Área superficial específica
Área superficial específica
_No cubo maior (a)cada lado possui 64 cm2 de área superficial. O cubo 
tem seis lados, com área superficial total de 384 cm2 (6 lados x 64 cm2). Se 
o mesmo cubo fosse dividido em cubos menores (b) de modo que cada um 
tenha 2 cm de lado, o mesmo material será agora representado por 64 
cubos pequenos (4 x 4 x 4). Cada lado do cubo pequeno terá 4 cm2 (2 x 2) 
de área superficial, resultando em 24 cm2 de área superficial (6 lados x 4 
cm2). A área superficial total será de 1536 cm2 (24 cm2 x 64 cubos). Deste 
modo, a área superficial deste cubo será quatro vezes maior do que a área 
superficial do cubo maior.
Relacionada com
� CTC, retenção de água e nutrientes
� retenção e liberação de poluentes
� expansão / contração
� propriedades mecânicas: coesão, resistência, plasticidade
Área superficial específica
Fonte: Brady, 1983
superfície efetiva exposta
adsorção
expansão
plasticidade e coesão
calor de umedecimento
Área superficial específica
700Matéria orgânica
300 a 500Vermiculita (2:1)
100 a 400Óxidos de ferro
700 a 800Montmorilonita (2:1)
30Goethita
1 a 100Gibbsita
5 a 10Caulinita (1:1)
Superfície específica (m2/g)Componente
Superfície específica de alguns constituintes do solo
�Resposta do solo às forças externas que tendem à deformá-lo ou 
rompê-lo, podendo ocasionar fluxo, fratura ou compressão do solo
�Manifestação das forças de coesão e adesão sob diferentes 
condições de umidade
�Os solos podem apresentar distintas formas de consistência de 
acordo com sua umidade textura, matéria orgânica, quantidade e 
natureza do material coloidal e o tipo de cátion adsorvido
Consistência do solo
COESÃO: atração entre partículas de mesma natureza (sólido –
sólido ou líquido - líquido) 
�Tensão superficial da água
�Forças de London van der Walls
�Efeitos cimentantes da matéria orgânica
�Cargas das partículas de solo
ADESÃO: atração entre partículas de natureza distinta (sólido -
líquido)
�Filme de água que envolve as partículas sólidas
Consistência do solo
Efeito do conteúdo de água nos dois principais componentes da 
consistência do solo 
Formas de consistência do solo de acordo com o conteúdo de água 
Efeitos do conteúdo de água na consistência de solos com médio 
a elevado teor de argila
Conteúdo de água do solo Seco Úmido Pouco molhado Muito molhado Saturado 
Formas de consistência Duro, áspero Friável, macio Plástico, viscoso Viscoso, o solo flui por gravidade 
Grau relativo de 
consistência Muito alto Baixo Alto Muito baixo 
Principal agente 
responsável pela 
consistência 
Atração 
molecular 
(coesão) 
 Tensão superficial (adesão) 
Capacidade de suporte Alta Ligeiramente alta Baixa Muito baixa Praticamente 
nenhuma 
Facilidade para o manejo Preparo difícil Preparo fácil 
Preparo difícil, os 
implementos tendem 
a afundar e deslizar 
Preparo muito fácil, 
mas baixa tração, os 
implementos 
frequentemente atolam 
Manejo 
impossível 
Resultado do manejo 
O solo forma 
torrões e 
poeira 
O solo fica 
esmigalhado, ótimo 
efeito na estrutura 
O solo forma poças O solo desliza 
Representação gráfica do 
grau relativo de 
consistência 
 
 
 
Agregado: grupo de duas ou mais partículas que aderem umas às outras
mais fortemente do que as partículas que as circundam.
Tamanho do agregado determina:
�sua suscetibilidade à movimentação pelo vento e pela água
�espaço poroso e seu arranjo
�movimentação de água e ar no solo
Agregação do solo
Como se formam os agregados?
� 1°) Aproximação entre as partículas:
- floculação da argila 
- desidratação do solo: aproxima partículas
- raízes: desidratação e pressão sobre as partículas
- organismos: minhocas (coprólitos)
Como se formam os agregados?
� 2°) Estabilização: agentes cimentantes
- quantidade de argila e de cátions
- forças eletrostáticas (Van der Walls)
- MO. Polissacarídeos, Ac. húmicos
- microrganismos: ação mecânica (hifas de fungos) e produção de 
compostos orgânicos
- vegetação: ação mecânica das raízes e fonte de material orgânico na 
superfície
Fonte: Vezzani, 2001
Formação dos agregados
Fonte: Brady, 1983
e s f e r o i d a l
p l a c a
b l o c o a n g u l a r
b l o c o s u b a n g u l a r
c o l u n a r
p r i s m á t i c a
e s f e r o i d a l
p l a c a
b l o c o a n g u l a r
b l o c o s u b a n g u l a r
c o l u n a r
p r i s m á t i c a
Avaliação da estrutura
1. Pedológico
_tipo
_tamanho 
_grau de desenvolvimento
DMG de agregados, em solo ARGISSOLO VERMELHO-AMARELO 
submetido por dois anos ao PC e PD contínuo.
Estabilidade de agregados
Estabilidade de agregados 
Diâmetro médio geométrico (DMG) de agregados estáveis em água sob 
diferentes sistemas de manejo de um Latossolo de textura média. A linha 
com setas mostra o limite crítico de DMG igual a 2 mm. Fonte: Da Ros et 
al. (1997).
4,9
4
2,9
2,1
1,2
CN PD-CN PD-Cal PD-Esc PC
Manejo de Solo
0
1
2
3
4
5
6
D M
G ,
 
m
m
Densidade do solo (Ds)
Relação entre a massa de uma amostra de solo seca a 110oC e a soma 
dos volumes ocupados pelas partículas e pelos poros.
A densidade é afetada por:
_ cultivo do solo;
_ pressão causada pelos rodados das máquinas;
_ peso das máquinas e implementos;
_aumento da profundidade do solo;
_ eluviação de argila.
Densidade do solo (Ds)
Difere da densidade de partículas ou densidade de sólidos
por considerar o espaço poroso.
A amostra coletada não pode ser alterada, sua estrutura deve
ser preservada.
Geralmente, a densidade dos solos agrícolas varia de 0,9 a 
1,8 g cm-3, dependendo da textura e do teor de matéria
orgânica dos solos. 
Densidade de partículas/densidade de sólidos/densidade real
Expressa a relação entre a massa e o volume que as partículas do solo 
ocupam, abstraindo o volume de poros.
Representa a média ponderada da densidade real de todos os
componentes minerais e orgânicos.
Ao contrário da densidade do solo, a amostra pode ser alterada.
Valores variam de 2,3 a 2,9 g cm-3.
Como valor médio, pode-se utilizar 2,65 g cm-3.
Quatzo, feldspato, silicatos de alumínio - Dp = 2,65 g cm-3.
Porosidade do solo
� É o volume de solo ocupado por ar e água, representando o local onde
circulam a solução (água e nutrientes) e o ar.
� A porosidade é originária do arranjo aleatório das partículas sólidas.
� O volume do espaço poroso do solo é em torno de 50%.
� O arranjo ou a geometria das partículas do solo determinam a 
quantidade e a natureza dos poros existentes.
� Como as partículas variam em tamanho, forma, regularidade e 
tendência de expansão pela água, os poros diferem quanto à forma, 
comprimento, largura e tortuosidade.
Porosidade do solo
A porosidade depende principalmente da textura e estrutura do solo.
� Porosidade total – proporção percentual de poros em relação ao 
volume de solo.
� Macroporosidade – poros de diâmetro maior que 0,05 mm. 
Responsáveis pelo movimento d’água e aeração do solo.
� Microporosidade – poros de diâmetro menor que 0,05 mm. 
Responsáveis pela retenção de água no solo.
Fatores que afetam a porosidade
� Textura - Arenosos: ↓ PT
- Argilosos: ↑ PT 
� Profundidade: ↑ profundidade ↓ PT
IDEAL
� Macroporosidade = 1/3 do volume dos poros
� Microporosidade = 2/3 do volume dos poros 
água
poro
partícula
Fluxo de gás é reduzido 
pela diminuição no 
diâmetro do poro e 
aumento da saturação 
de água
Original Fluxo de água é
reduzido de acordo 
com o decréscimo do 
diâmetro do poro
Rearranjo das 
partículas
Porosidade do solo
Efeitos da pressão e tensão nas funções do poro. Fonte: modificado de Horn (2003).
compactação
compactaçãoPPC = 72,5 kPa
Ug = 0,19 kg/kg
PPC = 104 kPa
Ug = 0,11 kg/kg