Efeito da Variação de Umidade na Caracterização Térmica de um Solo

Resumo

Cada tipo de solo apresenta características peculiares, características essas que são provenientes de vários processos químicos, físicos e biológicos que resultam em um conjunto de fatores que afetam diretamente seu comportamento termodinâmico. Um importante fator que influencia diretamente o comportamento termodinâmico do solo é seu teor volumétrico de água, que varia rapidamente com o tempo, sobretudo nas camadas superficiais. Compreender os processos de balanços de energia que ocorrem na superfície, bem como o calor nos solos, é fundamental para a avaliação de desempenho de diversas estruturas, fazendo-se necessário que sejam identificadas, para cada situação particular, as suas propriedades térmicas. Desta forma, o presente trabalho teve como principal objetivo determinar a influência da variação da umidade volumétrica na estimativa das propriedades térmicas do solo. Para tanto, foram realizados ensaios de caracterização do solo natural em amostras coletadas de uma área localizada no município de Recife, Pernambuco (08° 1' 12.675'' S; 34° 57' 8.80704'' O; 13,24 m). Seguindo a metodologia sugerida pele Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), a caracterização do solo natural foi realizada através dos ensaios de granulometria (ABNT, 2016a), densidade dos grãos (ABNT, 2016b) e teor de matéria orgânica (ABNT, 1996). A partir dos dados obtidos após ensaios de caracterização e definidas as condições de limite inferior e superior para variação da umidade volumétrica sendo de zero até a umidade de saturação, tornou-se possível o emprego de modelos para obtenção das propriedades térmicas do solo. Os modelos utilizados foram os propostos por De Vries (1963) e Johansen (1975) para cálculo da capacidade térmica volumétrica e da condutividade térmica aparente, respectivamente. A difusividade térmica aparente pôde, então, ser obtida pela razão entre a condutividade térmica aparente e a capacidade térmica volumétrica. Mediante o emprego da metodologia proposta, os resultados mostraram que, com o aumento da umidade volumétrica do solo, os valores das condutividades térmicas do mesmo variaram de 0,24 Wm-1k-1 a 2,68 Wm-1k-1, já a capacidade térmica variou de 1,27 x 106 Jm-3K-1 a 2,73 x 106 Jm-3K-1. A difusividade térmica variou de 0,18 x 10-6 m2s-1 a 1,08 x 10-6 m2s-1, atingindo o pico quando a umidade volumétrica foi igual a 0,16 m3m-3. As mudanças no comportamento termodinâmico do solo mediante a variação de umidade podem ser atribuídas às diferenças na condução de calor nos próprios materiais do solo e à formação de pontes de capilaridade entre suas partículas constituintes. Após a obtenção dos resultados ficou evidente que a umidade volumétrica se trata de uma propriedade física fundamental na determinação das propriedades térmicas do solo. Os valores estimados se mostraram coerentes com valores encontrados na literatura para o mesmo tipo de solo.