Análises Físicas do Solo
Introdução
As análises físicas são, de modo geral, solicitadas em menor intensidade que as análises químicas no Laboratório de Análise de Solos. A rotina, portanto, se configura com a realização das análises químicas. No entanto, as análises físicas e a descrição de caracteres morfológicos do solo possuem elevada importância para a avaliação do solo e definição do manejo a ser adotado, sendo, desse modo, bastante recomendável conhecê-los para avaliar e entender o complexo de fatores que cercam o vegetal no interior do solo.
As determinações físicas não visam identificar ou quantificar elementos químicos. As mais comuns se referem a determinações de umidade, tamanho de partículas, densidade e porosidade do solo, dentre outras. Empregam metodologia diversa de acordo com a análise realizada.
A Análise Granulométrica apresenta importância na avaliação do solo e visa obter a proporção existente de areia, silte e argila (maiores detalhes no capítulo “Interpretação da Análise”). Para realiza-la se deseja quantificar estas partículas em sua amostra, sendo todos menores de 2,00 mm.
Entre os diversos métodos existentes, dois se destacam:
a) A análise granulométrica por peneiramento e sedimentação: Se baseia na separação das frações mais grosseiras do solo empregando peneiras finas, e a avaliação do material muito fino (coloidal) empregando a Lei de Stokes (que determina a velocidade de sedimentação de uma esfera em meio viscoso). De acordo com a Lei, em uma mistura da amostra com um líquido formando uma suspensão, em determinado momento, somente as partículas de determinado tamanho estarão na suspensão, podendo ser retiradas da solução e avaliada a sua quantidade. Este método possui a vantagem de ser barato e preciso, entretanto, apresenta a desvantagem de ser lento e sujeito a imprecisões de operação.
b) Determinação do tamanho de partículas utilizando difração a laser: Empregando técnicas de difração laser (que é uma reflexão conjunta de materiais com superfície semelhante) e detectores espalhados em uma câmara de difração, a aparelhagem identifica a quantidade de material refratado para cada ângulo, calculando a quantidade de partículas de tamanhos diferentes. Apresenta a vantagem de realizar análises com precisão e rapidez, e a desvantagem do custo de aquisição do equipamento.
Dentre as partículas que compõem a fração ativa do solo, pode ocorrer a agregação de partículas ou material geológico que compõe o solo. A formação destes agregados apresenta grande importância para o solo. A argila dispersa em água é a argila que pode entrar em suspensão na água.
Ao se proceder a sua dispersão obtemos o teor de argila total do solo. O grau de floculação do solo é obtido quando é realizada a comparação com a determinação granulométrica sem a dispersão da argila. Para realizar a dispersão são empregados dois métodos principais:
a) Dispersão mecânica: realizada com auxílio de agitador mecânico inserido na solução adicionada ou não de agente dispersante, sendo usualmente empregado o hidróxido de sódio. Com equipamento de preço acessível e reagente de baixo custo esta etapa da determinação apresenta a desvantagem de consumir tempo durante o processo.
b) Emprego de energia ultrassônica: possui a grande vantagem de realizar a dispersão total do solo sem o emprego de dispersantes químicos. De acordo com Sá e Lima (2005) existem dois tipos de sonificadores: Tipo banho e Tipo haste. A cada tipo de aparelhagem deverá ser adaptada a atividade de determinação. Alguns aparelhos de determinação granulométrica por difração à laser já incluem a opção de realizar a determinação com sonificação. A aparelhagem também é de baixo custo, embora um pouco mais elevado que os dispersores mecânicos.
Existe o emprego, de modo menos usual, de agitadores de agitação lenta, tipo Wagner. De acordo com Freitas (2011) as dispersões por agitação lenta e por ultrassom levam a maiores valores da argila dispersa em água (quando comparado à dispersão rápida sem o emprego de dispersantes químicos).
Análises granulométrica
A análise granulométrica identifica os teores de areia, silte e argila na amostra. A proporção destes componentes afeta a porosidade, retenção de água e nutrientes, além de outras características ao solo. Diversos métodos podem ser empregados para realizar sua determinação, sendo amplamente utilizado o método internacional modificado da pipeta, pela sua precisão e baixo custo laboratorial.
Método da pipeta (MARTINS, 1985; EMBRAPA, 2011):
• Pesar 20 g de TFSA e colocar em Becker de 250 mL;
• Adicionar 10 mL de NaOH 1 N e 100 mL de água destilada, agitando com bastão de vidro;
• Cobrir o recipiente com vidro de relógio e manter em repouso por 12 a 15 horas;
• Transferir para o copo do agitador todo o conteúdo do Becker, lavando-o com água destilada e aproveitando o líquido da lavagem, recolhendo-o, também, no copo do agitador. Realizar lavagem até não restar resíduo no Becker, sem, entretanto, utilizar mais de 400 mL de água destilada na operação;
• Acondicionar o copo no agitador tipo coqueteleira e proceder a agitação durante dez minutos (12.000 rpm, aproximadamente);
• Esta dispersão também pode ser realizada empregando a dispersão por ultrassom. Neste caso transferir o líquido para Becker a ser mantido por agitação magnética sobre aparelhagem do ultrassom. A aplicação de 110 J.mL-1 de energia é padrão para dispersar argila nesta análise, entretanto para se obter o máximo de dispersão se pode empregar 220 J.mL-1 (SÁ; LIMA, 2005; VITORINO et al., 2001). As instruções de sua aparelhagem serão úteis para calcular o tempo necessário para atingir a energia necessária, assim como da necessidade de se utilizar banho de gelo no Becker;
• Transferir o material dispersado para um cilindro de 1000 mL, através de peneira de 0,053 mm de abertura de malha (nº 270 com 20 cm de diâmetro), utilizando água destilada para lavar o recipiente do agitador, conduzindo o fluxo através da peneira, lavando logo a seguir o que ficou retido na peneira até completar o volume do cilindro, reservar a peneira com o material retido, a fim de realizar os três passos descritos abaixo;
• Utilizando piceta, transferir o material retido na peneira para Becker de 100 mL e colocar em estufa a 105 – 110 °C;
• Transpassar o material contido no Becker, após seco, em peneira de 0,210 mm de abertura de malha;
• Realizar a pesagem do material correspondente à areia fina (que transpassou a peneira) e à areia grossa que deverá ficar retida na malha da peneira;
• Prosseguindo, deve-se agitar o conteúdo do cilindro por um minuto e cronometrar o início da sedimentação;
• Decorrido três horas, introduzir pipeta até a profundidade de 5 cm e coletar 10 mL da suspensão;
• Acondicionar o conteúdo da pipeta em Becker de 50 ml previamente pesado, com identificação da amostra (numerado). Levar à estufa a 105 — 220 °C;
• Após secagem, resfriar em dessecador, pesar e anotar o peso correspondente à fração argila.
• Proceder ao cálculo das porcentagens:
% de argila = 500 x (peso da argila - 0,004) x f
% de areia fina = 5 x peso da areia fina x f
% de areia grossa = 5 x peso da areia grossa x f
% de silte = 100 - (areia grossa + areia fina + argila)
f = fator de correção utilizado para converter os resultados obtidos em TFSA para Terra Fina Seca em Estufa (TFSE). Obtêm-se utilizando a expressão abaixo:
Peso da TFSE = pesar 20 g de TFSA e transferir para Becker de 20 mL, previamente tarado. Colocar em estufa e secar a 105—110 °C durante 24 horas. Resfriar em dessecador durante uma hora e determinar o peso da TFSE.
Argila dispersa em água /argila natural (GUIMARÃES et al., 1970; EMBRAPA SOLOS, 2011)
Nesta determinação será realizada a determinação da argila sem empregar agente dispersante, mantendo condições naturais de floculação:
• Acondicione 20 g de TFSA em Becker de 250 ml e acrescentando 100 mL de água destilada e mantendo em repouso durante uma noite, cobrindo com vidro de relógio;
• Transferir o conteúdo para o recipiente do agitador tipo coqueteleira ou conduzir o Becker para aparelhagem de ultrassom, e proceder à agitação da forma anteriormente descrita;
• Passar o material através de peneira de 0,053 mm de abertura de malha, acondicionada sobre cilindro de 1 litro de capacidade, lavando o recipiente do agitador e aproveitando a água de lavagem;
• Lavar as areias completando o volume a 1000 mL, utilizando sempre água destilada, e proceder a agitação do conteúdo do cilindro por um minuto e cronometrar o início da sedimentação;
• Decorridos três horas, introduzir a pipeta a 5 cm de profundidade e pipetar 10 mL de suspensão, transferindo para Becker de 20 mL, previamente identificado e tarado;
• Colocar em estufa a 105—110 °C e, após secagem, resfriar em dessecador, pesar e anotar o peso correspondente à argila natural;
• Calcular a argila natural utilizando a expressão abaixo:
% de argila natural = peso da argila x 100 x f
Considerações sobre a determinação granulométrica por difração a laser (FRANÇA; COUTO, 2007; FALHEIRO et al., 2011; RIBEIRO, 2014)
A granulometria a Laser, também conhecida como espalhamento de luz Laser, emprega princípios da difração, que é uma reflexão coordenada em conjunto em superfície que possui materiais que apresentem ângulo comum de reflexão, a qual pode ser captada por detectores especiais. O método também recebe a denominação de Difração Fraunhofer e emprega a aplicação de luz colimada (em feixe) em meio fluido (podendo ser empregado outros meios), que possui a vantagem de desagregar as partículas com maior facilidade. Alguns aparelhos possuem emissão ultrassônica e permitem a adição de soluções dispersantes.
Dessa forma é possível analisar solos com a agregação e sem a agregação, avaliando a argila natural e a argila total. As instruções variam em razão da diversidade de aparelhagem existente.
Normalmente segue a sequência:
• Preparação da amostra: Agitar TFSA na quantidade indicada pelo fabricante com água. Obedecer às quantidades indicadas pelo fabricante para utilizar no aparelho;
• Adição de dispersante: Diversos dispersantes são recomendados para diversos objetivos. A NBR 7181 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1984) adotada para Engenharia civil utiliza Hexametafosfato de sódio, sendo utilizado em muitos laboratórios agronômicos de solos o Hidróxido de sódio. Neste caso, a NBR 7181 se refere apenas ao método tradicional de peneira e sedimentação. No entanto, Ribeiro (2014) utiliza com sucesso em solos tropicais o Hexametafosfato de sódio. A regra geral é que não promovam alteração do tamanho das partículas por inchamento. A dispersão química também poderá ocorrer conjunta com a aplicação de ultrassom de forma isolada. Falheiro et al. (2011) testaram métodos de preparação de amostras para esta análise concluindo que a melhor maneira de preparar a amostra foi sem o emprego de defloculante, empregando apenas a energia ultrassônica. Por outro lado, Wagner e Aranha (2007) ao avaliarem a determinação de bentonita encontraram melhores resultados no emprego de Hexametafosfato e ultrassom conjuntamente. No entanto se trata de caso específico para argila do grupo da esmectita, formada basicamente por montmorilonita;
• Seguir as instruções da aparelhagem.
Graus de floculação e grau de dispersão (BRADY, 1989; MARTINS, 1985; EMBRAPA SOLOS, 2011)
Densidades aparente ou global (MARTINS, 1885; EMBRAPA SOLOS, 2011)
• Deve-se empregar amostra indeformada contida em cilindro volumétrico (de volume conhecido), obtida através de extrator apropriado para esta finalidade;
• Transferir o material do cilindro para recipiente metálico que contenha o número de protocolo correspondente à amostra e que tenha sido previamente pesado;
• Realizar pesagem do conjunto solo + recipiente e anotar o peso;
• Colocar em estufa a 105 °C, e depois de decorrido 24 h retirar e esfriar em dessecador pelo período de uma hora;
• Retirar do dessecador, pesar e anotar o volume;
• Realizar o cálculo da densidade global da amostra pela seguinte expressão:
Densidades real ou da partícula (BRADY, 1989; MARTINS, 1985; EMBRAPA SOLOS, 2011)
Utilizar-se-á o método do balão volumétrico seguindo a sequência:
• Pesar 20 g de TFSA, acondicionando em recipiente metálico ou Becker de peso conhecido;
• Colocar em estufa a 105 °C no período de 6 a 12 h, resfriando em dessecador durante uma hora e realizando pesagem após frio;
• Transferir a amostra de solo para balão aferido de 50 mL, empregando para isto um funil e um pincel;
• Acondicionar em bureta de 50 mL, álcool etílico com auxílio de um Becker;
• Transferir, cuidadosamente, o conteúdo da bureta para o balão até cobrir a amostra;
• Agitar o balão provocando o desprendimento do ar da amostra;
• Completar o volume até a marca de aferição em 50 mL e anotar o volume de álcool utilizado;
• A densidade da partícula (ou real) é dada pela expressão:
Umidades atual (MARTINS, 1985; EMBRAPA SOLOS, 2011)
• Acondicionar em lata de alumínio (numerada e previamente pesada), a amostra coletada com ou sem estrutura deformada, pesar e colocar em estufa a 105–110 °C durante 24 horas;
• Após o período de secagem, resfriar em dessecador e pesar;
• Repetir a operação até obtenção de peso constante;
• Utilizar uma das expressões abaixo para calcular a porcentagem de umidade:
Porosidades total e espaço aéreo (MARTINS, 1985; EMBRAPA SOLOS, 2011)
Porosidade Total = % de Microporosidade + % de Macroporosidade
Espaço Aéreo = Porosidade Total - Umidade Atual (em % de volume).
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Fonte
SILVA, Sérgio Brazão e. Análise de Solos Para Ciências Agrárias. 2 ed. Belém - PA: Universidade Federal Rural da Amazônia, 2018.
