Estimativa e classificação da compactação do solo pelo tráfego de máquinas agrícolas através da... por Augusto Guilherme de Araújo - Versão HTML

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Volume do anel amostrador

Pt

Porosidade total do solo

S

profundidade superficial do solo

SS

profundidade subsuperficial do solo

RP

Resistência à penetração do solo

U

Umidade gravimétrica do solo

Maior ou igual

Menor ou igual

Tal que

║ ║

Distância euclidiana

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1. INTRODUÇÃO

O notável avanço tecnológico na produção agrícola verificado a partir da segunda metade do século 20, constituiu fator determinante para uma das principais conquistas recentes da humanidade, ou seja, a produção de alimentos, fibras e demais matérias primas em volume suficiente para abastecer uma população mundial crescente.

Atualmente, ao menos do ponto de vista tecnológico, não há dúvida que, em países desenvolvidos, apenas uma parcela reduzida da população tem condições de responder pela produção primária em quantidade e qualidade suficientes para manutenção de estoques reguladores e assegurar o abastecimento interno.

Um dos principais elementos desse avanço tecnológico é o uso de máquinas e implementos agrícolas em substituição ao trabalho humano e animal, o que trouxe um aumento extraordinário na produtividade do trabalho e, em geral também na sua qualidade, permitindo a expansão das áreas cultivadas e o aumento da produção.

Desde a introdução dos primeiros tratores e colhedoras na agricultura,

ocorrida no século 18, a mecanização agrícola vem sofrendo transformações, as quais se aceleraram nas últimas décadas, quando tais máquinas atingiram níveis tecnológicos comparáveis aos dos demais veículos modernos.

Embora avançadas e com alta eficiência, as máquinas agrícolas modernas

vêm apresentando uma tendência de aumento na sua capacidade de trabalho o que significa, em geral, aumento no seu peso total. Além disso, as máquinas agrícolas apresentam grande robustez devido às condições agressivas do ambiente em que operam, o que requer componentes estruturais e orgânicos com alta resistência e, conseqüentemente, maiores e mais pesados.

O solo agrícola, por outro lado, constitui um organismo vivo, onde as plantas devem encontrar condições adequadas para germinar, emergir e se desenvolver durante seu ciclo vegetativo, beneficiando-se das interações biológicas no volume de solo explorado pelas raízes. Tais interações somente existem e são favoráveis quando o solo possui aeração adequada além de boas condições para infiltração e percolação de água e fertilizantes.

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É óbvio, portanto, que a intensificação da mecanização na agricultura e a tendência de uso de máquinas cada vez maiores e mais pesadas traz o risco de danos à capacidade produtiva do solo e, conseqüentemente, à viabilidade da produção agrícola.

1.1. Justificativa

Sistemas agrícolas intensivos nos quais a mecanização desempenha um papel importante são pressionados, cada vez mais, a adotarem práticas com impactos negativos sobre o ambiente e à própria produção agrícola, com o objetivo de, paradoxalmente, manter a competitividade da atividade.

A compactação do solo agrícola em níveis excessivos constitui o principal efeito negativo do tráfego de máquinas e a causa de vários problemas ambientais e econômicos.

Estimativas grosseiras devido à carência de informações nesse tema dão conta de que a compactação responde por 82% do total de solos fisicamente degradados no mundo, o que corresponde a 68,3 milhões de hectares, distribuídos principalmente na Europa e África (OUWERKERK; SOANE, 1994).

No Brasil, o rápido desenvolvimento da agricultura intensiva, observado na última década, permite supor que o problema também atinge níveis preocupantes.

Apesar dos esforços das indústrias de pneus e demais componentes de

máquinas agrícolas, ainda não existe uma solução adequada para o conflito resultante da busca pelo aumento da produtividade do trabalho, através da mecanização agrícola, e seus impactos ambientais negativos.

A adoção recente no Brasil de sistemas conservacionistas de manejo do solo agrícola baseados na eliminação parcial ou total das operações de mobilização superficial do solo (aração e gradagem) trouxe uma preocupação adicional quanto à redução do risco de compactação causada pelo tráfego uma vez que aquelas operações permitiam, dentre outras funções, eliminar periodicamente camadas superficiais compactadas.

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Nesse sentido, a compactação em áreas com sistemas conservacionistas de manejo do solo constitui, freqüentemente, uma barreira para sua plena adoção limitando a realização de seus reconhecidos benefícios econômicos e ambientais.

Uma vez identificado o problema da compactação do solo, é possível realizar ações de recuperação, de natureza mecânica (subsolagem) ou biológica (plantas com sistema radicular profundo), porém a um alto custo, eficiência questionável e, muitas vezes, de resultado demorado.

Nesse contexto, pode-se afirmar que o produtor agrícola deve aprender a conviver com a possibilidade de ocorrência da compactação e procurar agir de modo a evitá-la e prevení-la. Ênfase, portanto, deve ser dada à prevenção da compactação ao invés da sua remediação (LARSON et al., 1994).

A estimativa da compactação e a classificação do nível de compactação do solo após o tráfego constituem informações fundamentais para a tomada de decisão relacionada à prevenção.

O desenvolvimento de modelos matemáticos para essas tarefas é uma solução óbvia em virtude da complexidade dos processos envolvidos e da possibilidade de integração de diferentes fontes de informação aos modelos.

O fenômeno da compactação do solo pelo tráfego de máquinas agrícolas tem sido objeto de estudo científico de um grande número de pesquisadores em diversas regiões do mundo e, apesar da grande diversidade de metodologias e objetivos, há, em geral, uma motivação comum nestes estudos, qual seja, a de gerar conhecimentos voltados à estimativa e classificação da intensidade da compactação do solo pelo tráfego e, a partir dessas informações, fornecer subsídios para a tomada de decisão visando a redução do risco de compactação excessiva do solo.

A estimativa da compactação, nesse caso, significa prever o estado físico final do solo, ou seja, após a passagem de uma máquina, a partir de informações iniciais do solo e da máquina. A condição física final do solo reflete o nível de compactação do solo e, portanto, seu estado de degradação.

Em geral, ao decidir sobre a realização de uma operação agrícola mecanizada, o produtor analisa as condições do campo e das máquinas, com base no seu conhecimento. Se a avaliação qualitativa aponta condições propícias, ou seja, que o nível de compactação resultante não será excessivo, então decide pela operação.

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Caso contrário, se as condições não forem propícias e a operação puder ser adiada, então provavelmente essa será sua decisão. No entanto, se o adiamento não é possível devido ao risco de queda na produção agrícola (perdas na colheita, ataque de pragas, etc...) então certamente decidirá pela operação, mas ciente dos danos à estrutura física do solo.

Esse processo de tomada de decisão, dependente do conhecimento e

experiência humana, é afetado se as circunstâncias são alteradas, por exemplo, pela introdução de novas máquinas, novos cultivos ou aumento da área cultivada (EARL, 1996).

O desenvolvimento de modelos de estimativa da compactação do solo que

possam auxiliar a tomada de decisão, onde o conhecimento especialista é disponível, e ainda, que possam servir como uma referência confiável quando não se dispõe desse conhecimento, tem sido proposto por vários autores (O’SULLIVAN et al., 1999; CANILLAS; SALOKHE, 2002; MOUAZEN; RAMON, 2003).

Embora a modelagem seja uma ferramenta indicada para estimativa da

compactação, todos os trabalhos nesse tema ressaltam as dificuldades devido à complexidade dos processos envolvidos.

A classificação do nível de compactação do solo, por sua vez, diz respeito à relação entre as condições físicas do solo, após o tráfego, e a resposta das plantas cultivadas.

Toda operação agrícola altera as condições do solo em maior ou menor

intensidade dependendo de estado inicial do solo e das características das máquinas, entretanto, a importância dessas alterações depende, em grande parte, da reação das plantas ao novo ambiente estabelecido para seu desenvolvimento.

É comum que os níveis de compactação do solo sejam classificados segundo critérios variados, podendo simplesmente se adotar um valor limite para propriedades físicas do solo, tais como, densidade aparente e resistência à penetração, ou através de análises mais detalhadas, tais como, o método do perfil cultural (RALISCH et al., 2001).

O comportamento das plantas cultivadas frente à compactação do solo

constitui, porém, um tema em que ainda poucas respostas podem ser consideradas 5

definitivas e, apesar do grande volume de pesquisa, ainda pouco se conhece a respeito dos mecanismos que regem esse comportamento.

A dificuldade para uma compreensão mais ampla dos mecanismos de

resposta das plantas que possibilite, inclusive, o estabelecimento de regras de validade geral, está na diversidade de tipos de solos, plantas e clima e da interação entre estes elementos. Tais interações tornam as respostas das plantas altamente dependente das condições específicas locais.

Este tipo de incerteza está na origem da dificuldade para caracterização de dois aspectos fundamentais relacionados ao modelo de classificação da compactação do solo: definir quais as propriedades físicas do solo que melhor representam a compactação e estabelecer os valores limites das mesmas que determinam perdas importantes na produtividade das culturas.

A incerteza resultante do conhecimento inexato a respeito do efeito da

compactação do solo sobre as plantas é chamada de incerteza de interpretação e, segundo LARK; BOLAM (1997), a teoria dos conjuntos nebulosos constitui uma ferramenta ideal para seu tratamento.

Outra fonte de incerteza surge do conhecimento, também limitado, a respeito do comportamento mecânico do solo em resposta ao tráfego.

A complexa relação entre as propriedades físico-hídricas do solo e sua reação às diferentes intensidades e tipos de carregamentos aplicados pelas máquinas, durante o tráfego, dificulta a ampla compreensão e a utilização mais intensa dos modelos de estimativa existentes.

A incerteza paramétrica oriunda, nesse caso, principalmente da variabilidade das propriedades físicas do solo e dos erros experimentais (aleatórios e sistemáticos) também é importante e tem sido tratada, tradicionalmente, pela estatística e pela teoria da probabilidade.

A incorporação destes tipos de incertezas ou ambigüidades nos modelos é fundamental uma vez que constituem partes inerentes dos sistemas naturais (McBRATNEY; ODEH, 1997).

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1.2. Objetivos

Este trabalho apresenta e discute os métodos atualmente utilizados para avaliação da compactação do solo pelo tráfego de máquinas agrícolas; identifica os problemas associados ao estudo do processo de compactação e propõe novas ferramentas para a estimativa dos efeitos do tráfego no solo e para classificação do nível de compactação resultante.

Nesse sentido, o objetivo geral é propor e avaliar uma metodologia para aplicação da modelagem nebulosa ao problema da estimativa e classificação da compactação do solo pelo tráfego de máquinas que compreenda uma etapa

experimental, para obtenção de informações do processo e outra, de modelagem propriamente dita, que identifique os modelos nebulosos com base no conhecimento especialista e nos dados experimentais.

Os objetivos específicos do trabalho são:

• avaliar um procedimento experimental rápido, simples e confiável para aquisição de dados sobre as propriedades físicas do solo relacionadas à compactação e que possibilite a avaliação dos efeitos de diferentes

tratamentos experimentais envolvendo o tráfego de máquinas;

• desenvolver modelos nebulosos baseados em regras para estimativa das modificações nas propriedades físicas do solo, resultantes do tráfego de máquinas, através de algoritmos de identificação que empreguem dados

experimentais representativos do processo de compactação do solo;

• desenvolver um modelo nebuloso baseado em regras para classificação da compactação do solo após o tráfego de máquinas, utilizando o conhecimento especialista para expressar as relações ambíguas entre as classes de

compactação, determinadas qualitativamente, e as propriedades físicas do solo;

• avaliar o desempenho dos modelos utilizando dados experimentais

independentes;

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1.3. Escopo e motivação

O trabalho tem dois propósitos principais. Por um lado pretende-se aplicar técnicas do domínio da Inteligência Artificial, especificamente a modelagem nebulosa, aos problemas da estimativa dos atributos físicos que caracterizam a compactação do solo e da classificação do nível de compactação.

Por outro, deseja-se gerar modelos simples, com desempenho adequado e que possam ser empregados de modo a auxiliar técnicos e produtores interessados em reduzir os riscos de compactação excessiva do solo em suas áreas cultivadas.

Este último representa uma necessidade constatada pelo autor ao longo de mais de quinze anos de trabalho com mecanização para sistemas conservacionistas de manejo do solo agrícola.

A modelagem nebulosa foi escolhida devido à sua capacidade de representar processos nos quais aspectos qualitativos do conhecimento especialista têm um papel importante e onde existem ambigüidades e incertezas envolvidas além da relativa simplicidade dos modelos gerados. Tais aspectos são relevantes no fenômeno da compactação do solo pelo tráfego de máquinas.

A possibilidade de se obter dados experimentais, simulando diferentes

intensidades de compactação do solo pelo tráfego, é outro aspecto favorável ao uso da modelagem nebulosa pela possibilidade de combinar a identificação de sistemas com base em dados e o conhecimento qualitativo.

O trabalho foi motivado pela constatação de que, apesar de inúmeras

experiências em várias partes do mundo, inexistem, ainda, modelos que sejam efetivamente úteis no sentido de fornecer estimativas confiáveis e compreensíveis a respeito da compactação resultante do tráfego de máquinas agrícolas.

Estas informações são fundamentais no processo de tomada de decisão

quanto à realização de uma operação agrícola e, sem dúvida, a falta delas ou de subsídios mais apropriados para a decisão, tem sido a causa de grande parte dos problemas de degradação dos solos agrícolas.

Um aspecto importante e considerado é a necessidade de desenvolver

modelos cujos parâmetros de entrada fossem facilmente obtidos e não requeressem laboratórios ou ensaios sofisticados para sua determinação.

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A idéia é que o modelo seja ajustado para outras condições de solos, a partir de novos conjuntos de dados experimentais, aproveitando outra característica dos modelos nebulosos, qual seja, sua simplicidade e transparência ao usuário.

1.4. Estrutura do trabalho

O texto está organizado em seis capítulos.

O segundo capítulo apresenta uma descrição do problema da compactação do solo pelo tráfego e sua importância, procurando destacar os principais conceitos, importância do problema e as várias abordagens para estimativa e classificação da compactação.

No terceiro há uma breve discussão dos fundamentos teóricos e aplicações da modelagem nebulosa principalmente a problemas ambientais e da produção agrícola.

No capítulo quatro, são apresentados os procedimentos metodológicos

adotados na pesquisa incluindo a fase experimental e a de modelagem. Na primeira, descrevem-se detalhadamente os materiais e métodos empregados para determinação das propriedades físicas do solo e as classes de compactação, esta última através do método do perfil cultural, além dos procedimentos para a configuração de diferentes tratamentos experimentais relacionados ao tráfego de máquinas.

Na fase de modelagem nebulosa para estimativa e classificação da

compactação do solo, são discutidos os algoritmos usados bem como os métodos para treinamento e teste dos modelos desenvolvidos.

Os resultados obtidos pelos modelos e sua discussão são apresentados no capítulo cinco, procurando-se destacar o desempenho dos modelos de estimativa e de classificação através da análise de indicadores estatísticos e da avaliação qualitativa da resposta em situações conhecidas.

Finalmente, no capítulo seis é apresentada uma síntese dos principais

resultados obtidos além das conclusões gerais e específicas. As contribuições do trabalho e as perspectivas para sua continuidade são, também, discutidas.

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2. CARACTERIZAÇÃO DA COMPACTAÇÃO DO SOLO PELO TRÁFEGO

DE MÁQUINAS

A compactação do solo pelo tráfego de máquinas agrícolas

tem sido uma preocupação desde o inicio da mecanização

na agricultura e seus impactos negativos vêm sendo

estudados do ponto de vista da produção e do ambiente. O

objetivo do capítulo é discutir estes impactos, sua

importância, seus fatores determinantes, métodos de

avaliação e os efeitos da compactação no solo e nas plantas.

Ênfase é dada na discussão dos modelos de compactação

existentes e nas incertezas associadas ao estudo da

compactação do solo.

2.1. Introdução

A compactação do solo é objeto de estudo de várias áreas do conhecimento científico, tais como, a Pedologia, Geotécnia e Engenharia, cada qual com sua abordagem própria e englobando métodos e objetivos específicos. Como

conseqüência, existem diversas definições do conceito de compactação do solo que, apesar de convergirem, apresentam diferenças importantes.

Na Agronomia e, em particular na Pedologia, a compactação do solo é

definida como uma alteração no arranjo de suas partículas constituintes, reduzindo o volume ocupado por uma determinada massa do solo e o tamanho dos poros que permitem livre circulação de água e ar, chamados macroporos (CAMARGO;

ALLEONI, 1997). Tal alteração resulta na modificação de outras propriedades físicas do solo, tais como, a densidade aparente, resistência à penetração e porosidade total do solo.

O rearranjo físico das partículas do solo que caracteriza a compactação pode ser provocado por causas internas ou externas ao solo. No primeiro caso, pode-se citar, por exemplo, a contração do solo causada pela secagem do mesmo ou sua expansão pelo congelamento. No segundo, a aplicação de forças externas de compressão, representadas pelo peso de animais ou máquinas agrícolas, constitui o exemplo mais comum.

O impacto ambiental e econômico da compactação do solo agrícola tornou-se uma preocupação dos pesquisadores americanos e europeus, a partir da segunda 10

metade do século 20, com a intensificação do uso de tratores e demais máquinas autopropelidas. Com a expansão da produção agrícola, resultante do uso de novas tecnologias, passou-se a observar, também, uma aceleração da degradação do solo provocada, principalmente, pela erosão e compactação, processos que, em geral, estão associados.

De fato, o problema da compactação do solo pelo tráfego de máquinas já se tornara aparente desde a segunda metade do século 19 quando foram introduzidas máquinas agrícolas acionadas por motores a vapor, como mostram registros europeus e americanos citados por SOANE; OUWERKERK (1994).

Enquanto na Europa, devido à alta umidade dos solos no período de cultivo, os motores a vapor eram mantidos estacionários nas bordas dos campos e a tração dos implementos era feita por cabos, na América do Norte os tratores a vapor eram usados na tração direta de arados e cultivadores.

Naquela época, vários projetos de rodas e demais componentes foram

testados visando reduzir a pressão de contato com o solo, contudo, outros problemas de ordem prática dificultavam seu uso. É evidente que a preocupação em evitar a compactação do solo pelo tráfego surgiu simultaneamente com a mecanização agrícola e vem influenciando o projeto das máquinas ao longo da história.

A introdução de motores à combustão interna, além de outras inovações

surgidas no início do século 20, possibilitou uma forte redução na relação massa/potência dos tratores e, conseqüentemente, seu uso mais generalizado na agricultura com implementos tracionados, configuração preponderante até a atualidade.

Os primeiros experimentos científicos visando estudar a compactação do solo pelo tráfego foram realizados nos anos 40, do século passado, e visavam identificar as variáveis que influenciam o fenômeno e suas relações. Cabe destacar os trabalhos do professor Söhne, na década de 50 que, pela primeira vez utilizou a teoria clássica da distribuição de tensões em meios elásticos para estudar o comportamento do solo em contato com as rodas (SOANE; OUWERKERK, 1994).

A partir da década de 60, a indústria de máquinas agrícolas sofreu um novo impulso de crescimento em virtude da expansão de novas tecnologias agrícolas 11

especialmente nos campos do melhoramento genético de espécies cultivadas e de agroquímicos para controle de pragas, doenças e ervas.

Tal expansão levou a um aumento da capacidade das máquinas,

principalmente na massa e potência dos tratores sem, contudo, um aumento proporcional no tamanho dos pneus utilizados.

A partir de então, o tema da compactação dos solos pelo tráfego passou a ser cada vez mais estudado e aumentou sua importância nas reuniões científicas.

Atualmente, a constatação prática da degradação dos solos cultivados e de sua relação com o tráfego de máquinas, tem levado agricultores e técnicos de campo a conscientizarem-se cada vez mais em relação ao problema.

Por sua vez, os efeitos da compactação do solo podem, também, ser positivos.

Em ambientes áridos e solos arenosos, compactações leves podem colaborar no sentido de reduzir perdas de água por percolação profunda e aumentar o

armazenamento de água para as plantas, aumentando a eficiência da irrigação e da chuva (KAYOMBO; LAL, 1994). Além disso, um certo nível de compactação em torno das sementes é necessário para assegurar uma boa germinação e reduzir a erosão.

Entretanto, são os efeitos negativos da compactação do solo, principalmente nas plantas cultivadas e no ambiente, que geram as maiores preocupações.

No caso das plantas, camadas de solo excessivamente compactadas dificultam a penetração das raízes e, conseqüentemente, promovem uma redução no volume de solo explorado pelas mesmas, deixando as plantas suscetíveis à falta de água e nutrientes.

Devido ao menor espaço poroso, principalmente macroporos, a

disponibilidade de água e gases às plantas torna-se menor e modificam-se as reações químicas e a ação biológica de micro e macroorganismos na região ocupada pelo sistema radicular das plantas. Uma ampla literatura demonstrando os efeitos da compactação sobre as plantas cultivadas em diferentes situações de solo, clima e culturas, pode ser encontrada em SOANE; OUWERKERK (1994); BARNES et al.

(1971).

No ambiente, os efeitos negativos da compactação do solo estão relacionados a alterações na dinâmica da água no solo, ao aumento do escorrimento superficial, a 12

mudanças nos ciclos de nitrogênio e carbono, ao aumento da energia requerida pelas máquinas, à redução da qualidade das operações mecanizadas e à lixiviação de pesticidas.

Tais mudanças podem levar a uma rápida degradação do solo, poluição da

atmosfera e das águas superficiais e subterrâneas além do aumento no consumo de recursos naturais não renováveis, tais como, combustíveis e fertilizantes (O’SULLIVAN; SIMOTA, 1995), (CANILLAS; SALOKHE, 2002).

Atualmente, os efeitos no ciclo do nitrogênio constituem uma grande

preocupação mundial em virtude do aumento da emissão, pelo solo, do gás N2O, o qual apresenta efeito estufa, e que resulta da redução da aeração do solo em conseqüência da compactação. Tal processo, denominado “denitrificação”, aumenta também a demanda por fertilizantes nitrogenados uma vez que menores quantidades de nitrogênio ficam disponíveis às plantas.

O recente avanço na adoção de sistemas conservacionistas de manejo do solo na agricultura renovou a preocupação em relação ao problema da compactação.

Nestes sistemas, especialmente no plantio direto, o solo não sofre nenhuma mobilização periódica com equipamentos, tais como, arados e grades e sua superfície é protegida por uma cobertura vegetal permanente. Dessa forma, a erosão é reduzida drasticamente e o solo fica protegido das altas temperaturas e das chuvas intensas, típicos de regiões tropicais. Apesar dos inúmeros benefícios econômicos e ambientais desses sistemas de manejo, é comum ocorrer um aumento da

compactação nas camadas superficiais do solo ao longo do tempo (VIEIRA, 1978).

A melhor estruturação do solo, devida aos altos níveis de matéria orgânica e à intensa atividade biológica no plantio direto, pode compensar, até certo ponto, os efeitos da compactação evitando que sejam atingidos níveis prejudiciais às plantas. A atividade biológica através, por exemplo, da ação de macroorganismos do solo, tais como minhocas, desempenha um papel importante na construção de macroporos contínuos e estáveis que asseguram condições favoráveis para o fluxo de água, gases e nutrientes (BRUSSAARD; VAN FAASSEN, 1994).

Entretanto, sistemas conservacionistas associados a cultivos que podem

requerer operações agrícolas mecanizadas sob condições de alta umidade do solo, tais como, semeadura, pulverização, colheita ou distribuição de corretivos, 13

apresentam alto risco de atingir níveis elevados de compactação superficial e subsuperficial.

Nesses casos, a descompactação deve ser feita com subsoladores o que exige um alto consumo de energia elevando os custos da operação e com resultados, em geral, insatisfatórios.

A eficiência de tração de máquinas agrícolas é maior quanto maior a

compactação do solo na região por onde passam os pneus, o que leva a um conflito pois, em geral, condições de solo apropriadas para a implantação e desenvolvimento das culturas não são as mesmas requeridas para uma alta eficiência de tração das máquinas.

A proposta de se resolver esse conflito mantendo condições ótimas para o desempenho das máquinas e das culturas, levou ao desenvolvimento do sistema de tráfego controlado, o qual constitui um conceito para manejo da compactação do solo.

De acordo com TAYLOR (1994), o tráfego controlado do solo constitui um

sistema de produção agrícola em que a zona de cultivo é distinta da zona de tráfego e as mesmas são permanentemente separadas. Como a zona de tráfego não é cultivada, o solo permanece compactado e possibilita alta eficiência de tração para as máquinas.

A zona de cultivo pode ser manejada de modo convencional ou

conservacionista através de máquinas convencionais adaptadas, visando aumentar sua bitola ou, ainda, por meio de máquinas especiais, tipo pórticos rolantes, com grande largura entre rodas.

Várias iniciativas no sistema de tráfego controlado foram relatadas, a maioria no entanto, ainda em nível experimental. O principal benefício desse sistema, segundo TAYLOR (1994), é a redução dos custos de produção e dos custos de mecanização, pois, uma vez que as exigências de tração são menores e as condições de operação são melhores, o requerimento de potência das máquinas se reduz.

2.2 . Processo e fatores determinantes da compactação do solo 14

O solo é composto por sólidos minerais e orgânicos, água e ar, sendo a fração mineral composta por partículas de diferentes tamanhos, geralmente classificadas como areia, silte e argila. As frações líquida e gasosa ocupam o chamado espaço poroso do solo e a relação entre o volume ocupado por estas frações e o volume total de uma massa de solo é chamada porosidade total do solo.

A porosidade total do solo é constituída por uma rede de poros conectados entre si, com tamanhos variados, os quais permitem o movimento de ar e de água no solo. A qualidade dessa rede de poros e sua continuidade são, freqüentemente, chamadas de “estrutura do solo” (JOHNSON; BAILEY, 2002).

A compactação é um processo de modificação da estrutura do solo em reação às forças externas aplicadas, onde a rede de poros sofre um rearranjo com conseqüências para o movimento de água e ar no solo. Após o tráfego, os poros do solo têm seu tamanho reduzido e suas geometrias alteradas, podendo inclusive fechar ou desaparecer completamente (KOOISTRA; TOVEY, 1994).

Os poros de maior diâmetro, denominados macroporos (acima de 100 µm),

são os que sofrem maior redução com a compactação, contudo, aumentam os microporos (abaixo de 100 µm) e a porosidade total (soma dos dois tipos de poros) é reduzida, porem em menor proporção do que a macroporosidade.

Sistemas conservacionistas de manejo proporcionam uma boa estruturação do solo em virtude do aumento da matéria orgânica e da ação biológica nas camadas superficiais. Isso se reflete na existência de agregados de solo mais estáveis e num espaço poroso contínuo e menos tortuoso o que altera o comportamento do solo em reação ao tráfego e, de certa forma, “amortece” os efeitos negativos da compactação.

KERTZMAN (1996) concluiu que, mesmo sob níveis altos de compactação

de um solo argiloso, o plantio direto preservou os microagregados do solo, demonstrando os benefícios desse sistema de manejo.

Em condições não saturadas do solo, ou seja, quando seus poros estão

preenchidos com uma mistura de ar e água, a intensidade da redução do volume do solo em resposta às pressões aplicadas pelo tráfego, também chamada de

compressibilidade do solo, depende das características do solo e do carregamento.

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As principais características do solo relacionadas à sua compressibilidade são a textura, estrutura e teor de umidade. Em relação ao carregamento, são o tipo, intensidade e freqüência da carga aplicada (RAGHAVAN et al., 1990).

A textura do solo indica a proporção entre os diferentes tamanhos de

partículas constituintes do solo. Partículas grandes de areia formam o “esqueleto do solo” e determinam muitas de suas propriedades mecânicas, enquanto as partículas finas, como argila, que possuem uma grande superfície de contato por unidade de volume, influenciam também o comportamento físico-químico do solo (HARRIS, 1971). As partículas de argila apresentam ação cimentante e tendem a revestir as de areia e silte formando partículas secundárias ou agregados do solo.

A textura influencia o comportamento do solo submetido a pressões externas, pois determina o atrito entre as partículas e o tipo de ligação entre elas. Em geral, quanto maiores as partículas do solo, menor sua compressibilidade e agregação (HORN; LEBERT, 1994).

A estrutura do solo refere-se à organização de suas partículas sólidas e à geometria do espaço poroso. A existência de agregados de partículas primárias do solo depende, geralmente, da ocorrência de agentes cimentantes que podem ser a argila, a matéria orgânica e os óxidos de ferro e alumínio, estes últimos comuns em solos tropicais (CAMARGO; ALLEONI, 1997). Solos bem estruturados apresentam agregados com maior estabilidade à variação de umidade do solo.

O espaço poroso em solos estruturados pode ser dividido em duas partes, os poros interagregados e os intra-agregados. A primeira apresenta poros maiores e mais contínuos sendo resultante da ação de minhocas e de raízes ou formada por fendas ou fissuras do solo e, a segunda, é constituída por poros de diâmetros menores e menos contínuos (HORN; LEBERT, 1994).

A resposta do solo às pressões externas depende de sua deformação, a qual ocorre apenas se as partículas são capazes de se separar e se movimentar, uma em relação às outras, o que é altamente influenciado pela presença dos agregados e pelo espaço poroso, ou seja, pela estrutura do solo. KERTZMAN (1989) apud

KERTZMAN (1996), observou que uma boa estruturação modifica o comportamento do solo com texturas semelhantes.

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Em condições semelhantes de solo, o fator determinante da compactação é o teor de umidade no momento do tráfego, como observado por diversos autores.

Em geral, quanto maior o teor de umidade do solo maior a compactação para uma mesma pressão aplicada (HARRIS, 1971), devido à melhor lubrificação entre suas partículas, o que reduz o atrito entre elas e possibilita maior compressão. Ao contrário, solos secos apresentam menor deformação com o tráfego de máquinas resultando em baixos níveis de compactação.

O tráfego de máquinas constitui o mais importante fator externo causador da compactação do solo. As características do carregamento aplicado ao solo que influenciam o processo de compactação estão diretamente relacionadas às características das máquinas agrícolas, tais como, a carga no eixo da máquina, as dimensões, geometria, rigidez, patinamento e pressão de inflação dos pneus e a velocidade de operação (ABU-HAMDEH et al., 2000; KOOLEN; KUIPERS, 1983).

Durante o tráfego, as pressões geradas na interface pneu-solo e sua

propagação em profundidade dependem da carga do veículo e das características dos pneus e do solo. SÖHNE (1958) concluiu que a pressão na camada superficial do solo é determinada pela pressão de contato na superfície e que a pressão nas camadas subsuperficiais é determinada, principalmente, pela carga no eixo da máquina.

ABU-HAMDEH et al. (2000) analisando os efeitos de diferentes níveis de

carga e de pressão de inflação de pneus concluíram que ambos os parâmetros apresentaram efeito significativo sobre a compactação do solo até uma profundidade de 500 mm.

HÅKANSSON et al. (1988) verificaram que um pneu relativamente flexível

com uma pressão de inflação moderada operando em um solo moderadamente firme exerce uma pressão sobre o solo da mesma magnitude da pressão de inflação dos pneus, embora a rigidez da carcaça possa aumentar a pressão sobre o solo e distribuí-

la desuniformemente. Nessas condições, as complexas interações pneu-solo determinam a pressão sobre o solo, a qual pode variar bastante ao longo da superfície de contato.

Várias pesquisas foram realizadas visando determinar a pressão dos pneus sobre a superfície do solo (GUPTA; RAPER, 1994), porém, em virtude da complexa geometria dos pneus agrícolas, da diversidade de tipos de solos, pneus e condições de 17

operação das máquinas, as relações desenvolvidas são, em geral, válidas apenas em condições específicas, não tendo aplicação universal.

VANDEN BERG; GILL (1962) verificaram que, na interface pneu-solo, as

pressões foram maiores quando a superfície do solo estava firme em relação ao solo solto e que, também, variaram com a pressão de inflação dos pneus.

No mesmo estudo, verificaram que, com o aumento da pressão de inflação, reduziram-se as marcas das garras dos pneus no solo e houve concentração de tensões nas laterais dos pneus. Reduzindo a pressão de inflação, as marcas ficaram mais visíveis e decresceram as pressões na interface pneu-solo. As pressões geradas sob as garras dos pneus foram mais altas do que entre as mesmas e em relação àquelas geradas por pneus lisos.

KOOLEN & KUIPERS (1983) também concluíram quanto à importância da

deflexão dos pneus nas pressões geradas no solo em virtude da alteração na área de contato. Apontam, como conseqüência, a necessidade do desenvolvimento de sistemas de controle da pressão de inflação dos pneus, durante a operação, de modo a impedir que a deflexão gere pressões elevadas.

Apesar das complexas relações envolvidas, as conclusões de ordem gerais estabelecidas por SÖHNE (1958) ajudam a encontrar soluções práticas para redução da compactação superficial, tais como, o aumento da área de contato através do uso de pneus duplos, mais largos ou de baixa pressão de inflação.

A influencia da velocidade de operação sobre a compactação foi analisada por HADAS et al. (1986). Segundo estes autores, o mesmo trator a uma velocidade mais alta (8 km h-1) determinou uma menor densidade do solo em relação à velocidade baixa (3,2 km h-1) para uma mesma profundidade e carga no eixo.

A relação básica entre as variáveis do solo e da carga aplicada é caracterizada pela curva experimental de compactação, conhecida também como ensaio de Proctor, o qual permite determinar a máxima densidade do solo em diferentes umidades, sendo importante ferramenta para uso em obras civis.

Neste ensaio, a energia de compactação é aplicada em uma amostra de solo com níveis de umidade diferentes, monitorando-se as variações na sua densidade. Os resultados apresentam uma forma parabólica onde, para um mesmo nível de energia aplicada, a densidade cresce com o aumento da umidade até atingir um valor máximo 18

quando, então, passa a decrescer com o acréscimo de umidade. Os parâmetros que definem a forma da curva dependem de fatores relativos ao tipo de solo e à energia aplicada.

Contudo, pelo fato da amostra de solo sofrer homogeneização no laboratório e a energia de compactação ser aplicada de modo não correspondente ao tráfego de máquinas agrícolas, os resultados do ensaio não são, em geral, comparáveis às condições reais verificadas em campo (HORN; LEBERT, 1994).

A curva de compressão do solo, obtida pelo ensaio de compressão simples, constitui outra técnica utilizada para analisar a deformação de uma amostra submetida a um nível crescente de pressão para um determinado teor de umidade.

O resultado é representado graficamente através de uma curva relacionando o logaritmo da pressão aplicada e algum parâmetro referente ao estado físico do solo, como por exemplo, a densidade do solo (DIAS JUNIOR; PIERCE, 1996).

A curva de compressão obtida apresenta duas regiões distintas, denominadas curva de compressão secundária e reta de compressão virgem. Esta última representa a região onde as deformações são plásticas e não-recuperáveis enquanto que a curva secundária indica os níveis de pressões no solo ocorridas no passado, com deformações pequenas e elásticas (DIAS JUNIOR; PIERCE, 1996).

O ponto de separação entre as duas curvas corresponde à chamada pressão de pré-consolidação, a qual indica o nível máximo de pressão a ser aplicada ao solo sem que ocorra deformação plástica, ou seja, compactação adicional.

Os autores criaram um modelo de predição da pressão máxima suportada por um solo para diferentes umidades baseado na pressão de pré-consolidação. Seu objetivo é disponibilizar uma ferramenta para prevenir a compactação adicional, considerando a pressão máxima que o solo pode suportar em diferentes umidades.

O grande número de fatores que influenciam a ação das máquinas sobre o

solo e a resposta do solo ao tráfego bem como as complexas interações entre estes fatores dificultam o conhecimento amplo dos fenômenos e o estabelecimento de relações de validade geral.

19

2.3. Efeitos da compactação no solo e nas plantas

Como visto, o processo de compactação do solo modifica o arranjo espacial de suas partículas resultando no aumento da densidade do solo e na redução do espaço poroso, principalmente de macroporos. A intensidade das modificações nas propriedades físicas do solo depende das pressões de compactação e da condição inicial do solo.

Em conseqüência da compactação, alteram-se, em graus variados, os fluxos de água, ar, temperatura e de nutrientes além da resistência mecânica do solo influenciando a germinação, emergência e desenvolvimento das plantas cultivadas e o período de tempo disponível para realização das operações agrícolas mecanizadas.

A água junto com oxigênio e nutrientes são os elementos que, ao se

encontrarem disponíveis e em quantidade adequada no solo, asseguram condições ótimas para as plantas. Por outro lado, o sistema radicular das plantas requer condições físicas e químicas adequadas no ambiente, para extrair os elementos fundamentais e realizar seu potencial produtivo.

Tais condições do solo e da disponibilidade de água, ar e nutrientes,

requeridos pelas plantas, são afetadas pela compactação.

Pela sua relação direta com o processo de compactação, a densidade do solo é a propriedade física mais comumente usada para descrever o estado de compactação (CAMPBELL, 1994).

A densidade do solo é definida como a relação entre a massa seca das

partículas do solo e o volume total ocupado pela massa (partículas mais poros), sendo chamada, também, de densidade global ou aparente. A densidade varia de acordo com as características do solo e, segundo TORRES; SARAIVA (1999), em solos argilosos varia entre 1,0 a 1,45 Mg m-3 para condições de mata e muito compactados, respectivamente. Solos arenosos apresentam densidades variáveis entre 1,25 a 1,70 Mg m-3.

A porosidade total do solo é outra propriedade física usada para caracterizar a compactação uma vez que, durante o processo, ocorrem mudanças na distribuição dos tamanhos e no volume total de poros. O tamanho, distribuição e continuidade dos 20

poros condicionam o comportamento físico-hídrico do solo, pois é no espaço poroso onde circulam a água (solução) e o ar (atmosfera) do solo (KERTZMAN, 1996).

Como mencionado, o espaço poroso pode ser dividido em duas categorias de acordo com o diâmetro dos poros, a saber, os macros e microporos, sendo os primeiros responsáveis pela aeração do solo e circulação rápida da água devido à força da gravidade. Nos microporos, a água circula lentamente devido à ação das forças capilares sendo, portanto, responsáveis pela retenção e distribuição da água.

KERTZMAN (1996) verificou uma redução de cerca de 12% na porosidade

total, em plantio direto no solo argiloso, sendo totalmente resultante da eliminação de macroporos (interagregados e canais).

Como os macroporos têm papel importante na movimentação de gases no

solo são também chamados de porosidade de aeração. Os efeitos da compactação na aeração do solo podem, portanto, ser avaliados através da análise da ocorrência de macroporos e, freqüentemente, valores críticos para esse fator são estabelecidos na literatura. Em geral, considera-se que 0,25% (m3 m-3) representa uma boa porosidade de aeração e, abaixo de 0,1% (m3 m-3), deficiente aeração (STEPNIEWSKI et al., 1994).

Embora a porosidade de aeração seja um indicador muito utilizado para

caracterizar a aeração do solo, devido à sua simplicidade, outros processos fundamentais na atmosfera do solo também são influenciados pela compactação e, devido à sua complexidade, exigem indicadores próprios.

Assim, a capacidade do solo para troca de um gás entre zonas com diferentes concentrações é estimada através do coeficiente relativo de difusão de gás, o qual diminui rapidamente com o aumento na densidade do solo.

XU et al (1992) apud CAMARGO; ALLEONI (1997), identificaram

coeficientes próximos a zero para porosidades de aeração inferiores a 0,1 m3 m-3 em solos argilosos compactados e, em solos arenosos os quais, em geral, apresentam alta porosidade de aeração, os coeficientes de difusão foram mais altos.

A permeabilidade do solo caracteriza a habilidade em permitir o fluxo de gases em resposta a gradientes de pressão e depende diretamente do número, continuidade, tortuosidade e do quadrado do diâmetro dos poros de aeração. É, 21

portanto sensível à presença de macroporos contínuos e reduz o crescimento radicular das plantas.

A composição do ar do solo também é modificada pela compactação devido

ao impedimento do transporte de gases no solo o que gera um desequilíbrio entre os gases da respiração do solo e da atmosfera livre (STEPNIEWSKI et al., 1994).

Os componentes básicos do ar do solo são vapor d’água, nitrogênio, oxigênio e dióxido de carbono, sendo os dois últimos mais importantes. Quando a

concentração de oxigênio no solo é insuficiente, outros gases passam a ser produzidos e podem prejudicar as raízes das plantas.

A disponibilidade de oxigênio para as raízes, denominada taxa de difusão de oxigênio, depende não apenas da concentração desse elemento na atmosfera do solo, mas, também, da condição física do solo adjacente às mesmas. Assim, o aumento da densidade do solo ou a diminuição de sua umidade próxima às raízes, reduz rapidamente essa taxa afetando diretamente a emergência, crescimento e

produtividade das plantas.

McAFEE (1989) apud STEPNIEWSKI et al.(1994) mostrou que, em solo

argiloso, a concentração de oxigênio na atmosfera do solo reduziu significativamente no tratamento compactado, principalmente quando a umidade era alta, e que as flutuações na concentração do gás foram maiores no solo compactado.

Uma conseqüência importante da baixa aeração dos solos é a produção de

condições anaeróbicas que realçam as perdas de fertilizantes nitrogenados na forma de óxido nitroso, havendo relatos de até 25% de redução na produtividade das culturas (BAKKEN et al., 1987 apud STEPNIEWSKI et al., 1994).

O conteúdo e o fluxo de água no solo dependem diretamente do espaço

poroso, ou seja, do tamanho dos poros e de sua continuidade. A analogia realizada por WARKENTIN (1971) entre o solo e um tubo, onde a vazão no tubo é

proporcional à quarta potência do seu raio e que, ao se reduzir o raio pela metade a vazão é reduzida dezesseis vezes, demonstra como a redução no diâmetro dos macroporos, pela compactação, diminui a transmissão de água ou a condutividade hidráulica em solos saturados.

KERTZMAN (1996) ao comparar a condutividade hidráulica em um solo

argiloso preservado sob condições naturais (mata) e cultivado com plantio direto, 22

identificou uma redução da ordem de dez vezes nesse indicador (130 para 13 cm h-1) na camada superficial (até 20 cm), para amostras saturadas.

Solos argilosos apresentam, em geral, baixa condutividade hidráulica em relação aos arenosos devido ao menor tamanho médio dos poros e à ação de forças de superfície (capilares) que retém a água. Por essa razão, em solos argilosos não saturados, a condutividade hidráulica é, em geral, menos afetada pela compactação em relação a solos de textura mais grossa.

A taxa de infiltração de água no solo indica sua capacidade de absorver água de chuva ou de irrigação possibilitando o abastecimento das camadas mais profundas, evitando o escorrimento superficial e, conseqüentemente, a erosão.

No mesmo trabalho, KERTZMAN (1996) verificou uma drástica redução na

taxa de infiltração, da ordem de 20 vezes, em conseqüência da compactação, caindo de 140 para 6,5 cm h-1.

HORTON et al. (1994) também verificaram redução na taxa de infiltração no plantio direto e no preparo com escarificador devido à compactação.

A compactação aumenta a retenção de água no solo não saturado e próximo às condições de maior disponibilidade de água para as plantas (pressão de sucção maior que 0,1 bar), tanto em solos argilosos como arenosos (CAMARGO;

ALLEONI, 1997).

Entretanto, em solos argilosos, a retenção foi maior quanto mais seco se encontrava o solo (maior pressão de sucção), conforme observou WARKENTIN

(1971).

Em solos argilosos com plantio direto, KERTZMAN (1996) verificou um

aumento de cerca de 50% no volume de água disponível na camada superficial compactada em virtude do aumento de microporos.

Vários processos biofísicos fundamentais para o desenvolvimento das plantas são controlados por mecanismos dependentes da temperatura e da transmissão de calor no solo os quais, por sua vez, também são afetados pela compactação.

Com o aumento da densidade e da umidade aumentam, em geral, a

condutividade e a difusividade térmicas do solo, contudo, a influência da umidade é maior do que a da densidade (WILLIS; RANEY, 1971).

23

A nutrição de plantas depende da solução de nutrientes do solo e de sua concentração próxima às raízes sendo, também, influenciada pela compactação.

Os nutrientes atingem as raízes através da solução do solo e a facilidade desse processo depende da condutividade hidráulica do solo. Por outro lado, como as raízes absorvem os nutrientes da solução próxima a elas, ocorre um gradiente de concentração de solutos e, por difusão, a solução tende a equilibrar sua concentração, transportando nutrientes de outros locais para junto das raízes. Ambos os processos de transporte de nutrientes no solo são, até certo ponto, estimulados favoravelmente pela compactação, mas, a quantidade de nutrientes mineralizados a partir da matéria orgânica do solo diminui com o aumento da densidade (KEMPER et al., 1971).

A difusão de nutrientes no solo não é, ainda, um processo completamente conhecido e, por isso, muitos resultados de pesquisas apresentam contradições quanto aos efeitos da compactação, sendo comum ocorrerem efeitos indiretos associados à compactação como, por exemplo, o aumento da resistência mecânica do solo à penetração das raízes, reduzindo seu volume, o que dificulta o estudo controlado do fenômeno (CAMARGO; ALLEONI, 1997).

O aumento da densidade do solo resultante da compactação provoca

mudanças no comportamento mecânico do solo que se refletem no aumento da resistência mecânica, a qual depende do arranjo interno das partículas e da umidade do solo. Indicadores da resistência mecânica do solo também têm sido utilizados para caracterizar o estado de compactação.

A deformação do solo depende da possibilidade de movimentação de suas

partículas e, portanto, das forças de coesão e de atrito entre elas. Quanto mais compactado o solo e menor o tamanho das partículas, maiores serão as forças de atrito entre elas e menor a deformação para uma mesma pressão aplicada.

À medida que aumenta a umidade do solo, as forças de atrito se reduzem uma vez que a água passa a atuar como lubrificante diminuindo o atrito interno. Fica claro, assim, porque quanto mais úmido o solo menor a resistência para sua mobilização por implementos, tais como, arados e grades.

A coesão entre as partículas do solo é conseqüência da atração química entre elas (coesão real) bem como da tensão capilar da água que atrai as partículas entre si (coesão aparente).

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Solos saturados apresentam coesão aparente desprezível, mas, em condições não-saturadas, esta desempenha papel importante na resistência mecânica. Assim, quanto mais compactado o solo, mais próximas estão suas partículas e maior é o atrito entre elas e, da mesma forma, para uma mesma condição de umidade, a coesão aparente aumenta com a compactação.

Amostras de um solo argiloso foram analisadas quanto à resistência à

compressão por KERTZMAN (1996), em diferentes níveis de umidade e densidade, concluindo-se que a resistência do solo seco e pouco compactado foi praticamente igual à do solo muito compactado e muito úmido, evidenciando a importância dos fatores densidade e umidade. O autor chama a atenção para o conflito existente no manejo daquele solo: quanto mais seco o solo menor sua compactação pelo tráfego e maior sua resistência mecânica, porém quanto mais úmido maior o risco de compactação pelo tráfego e menor a resistência.

A resistência mecânica do solo pode ser analisada considerando seus

componentes elementares, tais como, a resistência ao cisalhamento, à compressão e à tração, de forma conjunta ou isolada, em campo ou laboratório, de forma direta ou indireta, sendo a metodologia adotada dependente dos objetivos do problema.

No caso do tráfego de máquinas, as tensões atuantes no solo são complexas, não existindo uma metodologia universalmente aceita para descrever o estado de tensões resultante.

2.4. Métodos para avaliação da compactação do solo

Os efeitos da compactação pelo tráfego são avaliados medindo-se a

intensidade das alterações nas propriedades físicas do solo.

Não existe, no entanto, um parâmetro de medição que reflita de forma

completa e abrangente todas as conseqüências da compactação, bem como não há concordância quanto aos critérios para estabelecimento de níveis ou valores críticos de compactação do solo.

Há, portanto, uma incerteza associada à representação precisa da

compactação do solo uma vez que não existe uma medida adequada da mesma.

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Essa ambigüidade resulta da grande diversidade de condições de solo, clima, máquinas, culturas exploradas e sistemas de produção existentes o que torna difícil estabelecer relações válidas generalizadas entre estes fatores e, conseqüentemente predizer as respostas do solo e das plantas às cargas aplicadas pelas máquinas.

Uma extensa quantidade de atributos do solo tem sido empregada para

caracterizar a compactação, destacando-se a densidade aparente, porosidade total, macroporosidade, microporosidade, resistência à penetração ou ao cisalhamento, condutividade hidráulica, permeabilidade ao ar e geometria do rasto do pneu.

Em geral, estas propriedades são medidas antes e imediatamente após o

tráfego, em diferentes profundidades e as alterações verificadas servem como indicadores da intensidade e distribuição da compactação no solo (SOANE et al., 1981).

Tais alterações são analisadas de forma absoluta ou relativa considerando, nesse caso, algum critério definidor de valores críticos de compactação, geralmente estabelecidos a partir de resultados experimentais locais ou pelo conhecimento e experiência de um especialista.

O principal atributo do solo utilizado para caracterizar o efeito da

compactação é a densidade aparente, ou sua variação resultante do tráfego, a qual pode ser determinada através de métodos diretos ou indiretos.

No primeiro caso, uma amostra de solo de volume conhecido é removida,

secada e pesada e a densidade é calculada pela relação entre peso seco e volume. Os métodos do anel volumétrico e da escavação (ERBACH, 1987) são exemplos do processo direto.

O anel volumétrico é o mais usado pela sua simplicidade, acurácia e pela localização precisa da profundidade da amostra. Sua desvantagem reside na inexistência de padronização do tamanho da amostra, o que dificulta a comparação entre diferentes estudos, e na amostragem relativamente demorada. Para medição da densidade do solo com o anel volumétrico, ERBACH (1987) argumenta que a acurácia do método pode chegar a 0,05 Mg m-3 em condições favoráveis de amostragem e número de repetições.

No método indireto, utiliza-se a relação existente entre o espalhamento ou a atenuação de raios gama e a densidade do solo para determiná-la. Como a 26

transmissão e espalhamento de radiação gama no solo variam com alguns de seus atributos, dentre eles a densidade aparente, então, com adequada calibração, a medição desses fenômenos pode ser usada para estimá-la (ERBACH, 1987).

Com equipamentos desse tipo pode-se realizar um grande número de leituras com boa resolução espacial e sem destruir as amostras (SOANE et al., 1981), contudo, requer freqüentes calibrações no local além de treinamento especializado do operador.

A densidade do solo não é um bom indicador absoluto da compactação do

solo, pois, em geral apresenta baixa correlação com o crescimento e produtividade das plantas.

Além disso, dependendo do tamanho da amostra, pode não representar

adequadamente o tamanho e a distribuição dos poros, principalmente aqueles de maior diâmetro, tais como, canais e poros biológicos, os quais desempenham papel importante no desenvolvimento radicular, principalmente em sistemas

conservacionistas. Por outro lado, a coleta de amostras grandes de solo não é simples e traz problemas de ordem prática.

Para caracterizar o estado de compactação, alguns autores têm utilizado a relação entre a densidade medida e um valor de densidade de referência para o mesmo solo, determinada em ensaios de laboratório.

LIPIEC; HÅKANSSON (2000) empregaram a conceito de “grau de

compactação”, definido como a relação entre a densidade do solo e a densidade de referência obtida pelo teste de compressão uniaxial a uma tensão de 200 kPa, e verificaram que o valor ótimo desse fator para o crescimento das plantas foi similar em vários solos.

Constataram, também, que os valores críticos de macroporosidade e

resistência à penetração para o crescimento das culturas também se comportaram de modo similar em relação a esse fator, em quatro solos argilosos. Argumentam, portanto, que o grau de compactação parece ser um parâmetro mais útil que a densidade em estudos de respostas das plantas à compactação.

A porosidade total do solo é outro atributo usado para caracterizar a

compactação e, também, pode ser determinada por via direta ou indireta. A via direta visa descrever morfológica e qualitativamente a porosidade e requer o estudo de 27

amostras de solo em lupas e microscópios ou, ainda, através da análise de imagens, a qual permite a quantificação da morfologia dos poros (KERTZMAN, 1996).

A via indireta consiste no preenchimento dos poros da amostra de solo com algum fluido até sua saturação e, a partir dos volumes medidos do líquido e da amostra, determina-se sua porosidade total.

A identificação do volume de poros segundo seu diâmetro, ou seja, a micro e macroporosidades, é feita, comumente, através da curva de retenção de água no solo, a qual relaciona o volume de água retida no solo, para valores de pressão previamente estabelecidos, como correspondentes a determinados tamanhos de poros.

A morfologia dos poros pode, também, ser determinada através de outros

métodos, tais como, a análise de imagens e porosimetria de mercúrio (KERTZMAN, 1996). No entanto, tais técnicas para descrição morfológica do sistema poroso do solo são, em geral, demoradas e requerem equipamentos de laboratório para sua determinação, limitando o número de amostras que podem ser avaliadas.

O emprego da porosidade total como indicador da compactação apresenta

restrições uma vez que nas condições mais comuns de tráfego de máquinas, o efeito da compactação é mais acentuado na macroporosidade e menor na porosidade total.

No entanto, o uso da macroporosidade como indicador apresenta os inconvenientes citados para sua determinação.

Penetrômetros de cone de diferentes formatos e tamanhos têm sido muito

utilizados para caracterizar a resistência mecânica do solo em virtude da facilidade e rapidez das medições (GUERIF, 1994). Em virtude disso, a maior parte dos trabalhos de pesquisa aplicada sobre compactação pelo tráfego utiliza a resistência à penetração ou índice de cone, como também é chamada, como atributo para caracterizar seus efeitos.

Existem dois tipos principais de penetrômetros, o estático e o dinâmico. No primeiro a haste metálica é introduzida continuamente no solo, à velocidade aproximadamente constante e não superior a 30 mm s-1, e a força ou pressão de resistência do solo é registrada em profundidades pré-determinadas. Tais equipamentos apresentam inúmeras configurações quanto aos dispositivos de medição da força, profundidade e de controle da velocidade de penetração.

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O penetrômetro dinâmico utiliza o deslocamento livre de um corpo com

massa conhecida para transferir energia e realizar a penetração do cone no solo. A cada impacto da massa sobre a haste do cone, verifica-se a profundidade atingida e é feito o registro da penetração. Suas desvantagens residem na demora e dificuldade de realizar medições quando o solo encontra-se compactado.

A resistência à penetração depende das seguintes características do

penetrômetro: ângulo e diâmetro do cone, rugosidade da superfície e velocidade de penetração. Alguns desses fatores são padronizados por normas específicas (ASAE, 1986).

Os aspectos do solo que influenciam a resistência à penetração são a

densidade, textura, matéria orgânica e, principalmente, a umidade. O uso do penetrômetro como indicador de compactação deve ser feito com cuidado devido à sua dependência em relação à umidade do solo e às complexas relações com as demais características do solo (OŚULLIVAN et al., 1987).

Por ser uma medição localizada, quase pontual, a resistência à penetração apresenta uma alta variabilidade, como verificou VOORHESS (1978), citado por SOANE et al. (1981), em seu experimento onde, para um mesmo tratamento, a densidade aumentou 20% e a resistência cerca de 400% com a compactação.