Compactação do solo; modelagem
e aplicações
Moacir de Souza Dias Junior, Ph.D
Departamento de Ciência do Solo
Universidade Federal de Lavras
[email protected]
 O problema da degradação dos solos não ocorre só no Brasil.
 Estima-se que o total de solos degradados no mundo é de 2
bilhões de hectares (área do tamanho dos Estados Unidos e
Canadá juntos).
 O avanço da catástrofe é de 20 milhões de hectares por ano.
(http:/www.agrisus.org.br/artigos.asp).
 Principal processo de degradação física do solo  compactação.
 A sustentabilidade e uso da terra  Preservação da estrutura
do solo.
 Recuperação natural da estrutura do solo
10-20 anos compactação superficial (Dickerson, 1976; Jakolbsen, 1991).
50-100 anos compactação profunda (Greacen & Sands, 1991).
Recuperação natural da estrutura do solo
 Ciclos de secagem e umedecimento
 Incorporação de matéria orgânica
 Atividades biológicas
- Macrofauna: > 2 mm
- Mesofauna: 0.2 – 2 mm
- Microfauna: < 0.2 mm
Moreira, 2009
Recuperação natural da estrutura do solo
Organismo
Bio - estruturas
Coprólitos
Agregação
Canais
Resíduos
Minhoca
( Alves, M. V., 2009)
Recuperação natural da estrutura do solo
Organismo
Bio - estruturas
Cupim
Cupim
Canais
( Alves, M. V., 2009)
Recuperação natural da estrutura do solo
Organismo
Bio - estruturas
Formiga
Ninhos
Canais
Porosidade
Aeração
Difusão
Infiltração
Penetração de raízes
( Alves, M. V., 2009)
Solo não
compactado

 Compactação do solo  redução de volume
 expulsão de ar dos poros do solo.
Ar
Ar
Água
Água
 Adensamento  redução de
volume  expulsão de água dos
poros do solo.
Água

Sólidos
Sólidos
Sólidos
Manejo inadequado
A compactação do solo pode ser causada pelo uso de diferentes
tipos de máquinas e veículos
Que podem aplicar pressões maiores do que a capacidade de
suporte de carga do solo causando compactação
Eucalipto
Cana de açúcar
Café
Magnitude das pressões estáticas aplicadas na
superfície do solo
 Trator de pneus: 64 - 380 kPa
 Trator de esteiras: 50 - 60 kPa
 Skidder de esteiras: 30 - 40 kPa
 Skidder de pneus: 55 – 85 kPa
 Forwarder: 85 - > 125 kPa
(Allmaras et al., 1988; Seixas, 1999).
Implementos de preparo: 100 kPa (Hillel, 1982)
 Subsolador: 550 kPa (Hillel, 1982)
 Pisoteio
Humano: 190 kPa (Lull, 1959)
Gado:
330 kPa (Lull, 1959)
Magnitude das pressões estáticas aplicadas na superfície do solo
Máquina/Equipamento
Pressão de contato/pneu-esteira
Frontal
Traseiro
Kgf/cm2
kPa
Kgf/cm2
kPa
Trator Massey Fergusson 275 4x2 TDA
2.582
253
2.761
271
Trator Massey Fergusson 292 4x2 TDA
1.977
194
2.787
273
Trator Massey Fergusson 299 4x2 TDA
2.723
267
2.787
273
Trator John Deere 6405 4x2 TDA
2.582
253
2.336
229
Trator John Deere 7500 4x2 TDA
1.977
194
2.206
216
Trator New Holland TM 150 4x2 TDA
3.155
309
3.699
363
Pulverizador autopropelido Max Sistem Plat. 290 4x2 TDA
3.247
318
3.391
332
Pulverizador autopropelido Max Sistem Plat. 6600 4x2 TDA
3.236
317
2.766
271
Pulverizador autopropelido UNIPORT Jacto 4x2
4.127
405
4.606
452
Colhedora de cereais Massey Fergusson 5650 4x2
3.386
332
3.218
316
Colhedora de cereais John Deere 1175 4x2
3.695
362
2.879
282
Colhedora de algodão John Deere 9935 4x2
3.484
342
3.041
298
Fonte: Cardoso, 2007
Estimativa das pressões dinâmicas aplicadas na superfície do solo
pelas máquinas florestais
Clambunk
Pressão estática = 60 kPa
(manual do fabricante)
Declividade: 0-10°
Carga: 30 árvores
Declividade: 0-10°
Carga: 95 árvores
Eixo dianteiro σm=275kPa Eixo dianteiro σm = 399 kPa
5 vezes
Eixo traseiro σm=460 kPa
8 vezes
7 vezes
Eixo traseiro σm = 1,109 kPa
19 vezes
Declividade: 10-20°
Carga: 30 árvores
Declividade: 10-20°
Carga: 95 árvores
Eixo dianteiro σm=469kPa
Eixo dianteiro σm = 444kPa
8 vezes
7 vezes
Eixo traseiro σm = 742 kPa Eixo traseiro σm = 752 kPa
12 vezes
13 vezes
(Araujo Junior& Dias Junior, 2010)
A compactação do solo pode ocorrer
na área toda.
Compactação em lugares específicos
Devido a isso
A compactação do solo tem sido identificada como o
principal processo causador da degradação do solo
(Canillas & Salokhe, 2002, Horn et al., 2003).
Redução da produtividade
Portanto, é importante destacar as
propriedades físicas utilizadas na IDENTIFICAÇÃO
da degradação da estrutura dos solos
Propriedades utilizadas na identificação da compactação dos solos
 Aumenta a densidade do solo (Arvidson, 2001; Ishaq et al., 2001)
Projeto
Ds antes F+S
do tráfego 30
Mg m-3
Buriti
1,02
Dourado
0,92
S. Leonardo 1,04
1
5
8
Imbaúbas
Água Suja
Cajá Ba.
22
13
15
1,01
1,13
1,29
F+S
66
H+F
M+F
F+C
M+M
Estação Seca (aumento %)
0
7
5
8
4
8
Estação Chuvosa (aumento %)
-
21
-
11
21
22
6
18
1
7
Área
Proc.
34
26
26
F+S 30 = Feller Büncher e Skidder pneus estreitos; F + S 66 = Feller Büncher e Skidder
pneus largos; H+F = Harvester e Forwarder; M+F = Manual e Forwarder; F+C = Feller
Büncher e Clambunk; M+M = Serra Motorizada e Manual ; Área Proc. = Área de
Processamento.
Propriedades utilizadas na identificação da compactação dos solos
 Aumenta a densidade do solo (Arvidson, 2001; Ishaq et al., 2001)
Projeto
Ds antes F+S
do tráfego 30
Mg m-3
Buriti
1,02
Dourado
0,92
S. Leonardo 1,04
1
5
8
Imbaúbas
Água Suja
Cajá Ba.
22
13
15
1,01
1,13
1,29
F+S
66
H+F
M+F
F+C
M+M
Estação Seca (aumento %)
0
7
5
8
- Média- 5%
4
8
Estação Chuvosa (aumento %)
-
21
-
11
21
22
6
18
1
7
Área
Proc.
34
26
26
F+S 30 = Feller Büncher e Skidder pneus estreitos; F + S 66 = Feller Büncher e Skidder
18%
pneus largos; H+F = Harvester eMédia
Forwarder;
M+F = Manual e Forwarder; F+C = Feller
Büncher e Clambunk; M+M = Serra Motorizada e Manual ; Área Proc. = Área de
Processamento.
Propriedades utilizadas na identificação da compactação dos solos
 Reduz a porosidade total, tamanho e continuidade dos poros
(Servadio et al., 2001)
Projeto
PT antes F+S
tráfego 30
(%)
Buriti
61
Dourado
64
S. Leonardo 58
Imbaúbas
Água Suja
Cajá
58
56
51
0
3
7
16
11
16
F+S
66
H+F
M+F
F+C
M+M
Estação Seca (redução %)
0
3
3
5
3
7
Estação Chuvosa (redução %)
-
16
-
9
18
28
5
18
0
8
Área
Proc.
24
20
25
F+S 30 = Feller Büncher e Skidder pneus estreitos; F + S 66 = Feller Büncher e Skidder pneus
largos; H+F = Harvester e Forwarder; M+F = Manual e Forwarder; F+C = Feller Büncher e
Clambunk; M+M = Serra Motorizada e Manual ; Área Proc. = Área de Processamento.
Propriedades utilizadas na identificação da compactação dos solos
 Reduz a porosidade total, tamanho e continuidade dos poros
(Servadio et al., 2001)
Projeto
PT antes F+S
tráfego 30
(%)
Buriti
61
Dourado
64
S. Leonardo 58
Imbaúbas
Água Suja
Cajá
58
56
51
0
3
7
16
11
16
F+S
66
H+F
M+F
F+C
M+M
Estação Seca (redução %)
0
3
- Média- 4%
3
5
3
7
Estação Chuvosa (redução %)
-
16
-
9
18
28
5
18
0
8
Área
Proc.
24
20
25
F+S 30 = Feller Büncher e Skidder pneus estreitos; F + S 66 = Feller Büncher e Skidder pneus
Média
16% e Forwarder; F+C = Feller Büncher e
largos; H+F = Harvester e Forwarder; M+F
= Manual
Clambunk; M+M = Serra Motorizada e Manual ; Área Proc. = Área de Processamento.
Propriedades utilizadas na identificação da compactação dos solos
 Reduz a porosidade total e a macroporosidade
0,67
V (m3 m-3)
0,60
0,39
0,37
0,30
0,21
30%
5%
11 %
Valmet 785
(Gontijo, 2007)
Propriedades utilizadas na identificação da compactação dos solos
 Aumenta a resistência do solo (Arvidson, 2001; Ishaq et al.,2001)
12
R P (MPa)
10
2 MPa
8
Sem Tráfego
Tráfego
6
4
Limite para
Penetração das
raízes
2
0
Buriti
S.Leonardo
Grota
Fonte: F.P. Leite
Efeitos negativos da compactação dos solos
 Reduz a aeração do solo (Gysi, 2001)
Efeitos negativos da compactação dos solos
Aumenta a energia necessária para o preparo (Stone, 1987)
Foto: S. Fonseca
Efeitos negativos da compactação dos solos
 Altera a estrutura do solo e o lugar onde as raízes desenvolvem.
Sem tráfego
Com tráfego
Com tráfego
Foto: F.P. Leite
Efeitos negativos da compactação dos solos
 Reduz a infiltração de água (Defossez & Richard, 2002)
Projeto
TI antes
tráfego (mm/hr)
Buriti
Dourado
S. Leonardo
Imbaúbas
Aeroporto
148
105
103
155
180
F+S
80
86
80
100
90
H+F
M+F
% de redução
86
84
86
100
91
77
76
100
90
F+S = Feller Büncher e Skidder pneus estreitos; H+F = Harvester e
Forwarder; M+F = Manual e Forwarder.
Fonte: F.P. Leite
Efeitos negativos da compactação dos solos
 Reduz a drenagem interna e a redistribuição da água (Hillel, 1982)
 Reduz a água disponível (Ishaq et al., 2001)
Sucção, kPa
10000
Latossolo
1000
Não compactado
Compactado
100
10
AD
1
24
28
32
36
40
Umidade, kg kg-1
44
48
Efeitos negativos da compactação dos solos
 Aumenta o escorrimento superficial e o risco de erosão
(Defossez & Richard, 2002; Dias Junior, 2000).
Foto: F.P. Leite
Foto: J.M. Lima
Efeitos negativos da compactação dos solos
 Restringe a penetração de raízes devido a:
 Pressão de crescimento das raízes ser insuficiente para
vencer a resistência mecânica do solo (Veen, 1982)
GC = 95%
Dose = 0 mg dm
-3
-3
GC = 65%
Foto: S. Fonseca
GC = 95%
Dose = 0 mg dm
-3
GC = 72%
GC = 95%
Dose = 0 mg dm
-3
GC = 65%
Foto: N. Curi
Efeitos negativos da compactação dos solos
LVA
AQ
GC = 95%
GC = 95%
LV
GC = 95%
Dsi
GC = Dsmáx
-3
GC = 65%
GC = 72%
-
GC = 65%
Foto: G.A. Santos
Efeitos negativos da compactação dos solos
 O crescimento restrito das raízes pode levar a uma redução na
produtividade pela limitação da água e absorção de nutrientes
(Santos, 2001)
GC 65%
75%
85%
95%
(Santos, 2001)
. DIAGNÓSTICO DA COMPACTAÇÃO DO SOLO
No solo
- Presença de crostas
- Aparecimento de trincas nos sulcos de rodagem do trator
- Zonas endurecidas abaixo da superfície do solo
- Empoçamento de água
- Erosão pluvial excessiva
- Presença de resíduos vegetais parcialmente decompostos muitos meses
após sua incorporação
- Necessidade de maior potência das máquinas de cultivo.
. DIAGNÓSTICO DA COMPACTAÇÃO DO SOLO
Na planta
- Baixa emergência das plantas
- Variação no tamanho das plantas
- Folhas amarelecidas
- Sistema radicular pouco profundo
- Raízes mal formadas
MEDIDAS PREVENTIVAS PARA EVITAR A COMPACTAÇÃO DO SOLO
Manejo da água do solo
- Drenagem
- Irrigação
Manejo do maquinário agrícola
- Nível de carga por eixo
- Pressão de contato das rodas
- Frequência das operações
Práticas agronômicas
- Incorporação (manutenção) da matéria orgânica
- Calagem
- Sistema de plantio
Medidas curativas
- Preparo do solo
- Subsolagem
- Rotação de culturas
Medidas aliviatórias
- Manejo da umidade do solo
- Manejo da fertilidade do solo
- Espécies mais resistentes aos efeitos da compactação (resistência ao
stress de água e sistema radicular com maior poder de penetração)
O preparo de solos compactados resulta em
aumento de energia e dos custos.
Portanto, PREVENIR a compactação do solo
é importante.
A prevenção da compactação do solo
Modelagem da
Capacidade de Suporte de Carga do Solo
Ensaio de Compressão Uniaxial
 Amostra indeformadas coletadas em anéis de 6,4 cm de diâmetro
e 2,54 cm de altura usando o amostrador de Uhland.
Fotos: C.F.A. Junior & B.S.Pires
Amostragem – Ensaio de compressão uniaxial
Foto: C.F.A. Junior & B.S.Pires
Amostragem – Ensaio de compressão uniaxial
Fotos: C.F.A. Junior & B.S.Pires
Ensaio de Compressão Uniaxial
Modelos de Capacidade de Suporte de Carga
 As amostras indeformadas devem ser inicialmente saturadas em uma bandeja
com água até 2/3 da altura da amostra por 24 h e
 secas ao ar no laboratório até uma determinada umidade volumétrica ou
 equilibradas a uma determinada sucção
 e então usadas no ensaio de compressão uniaxial.
Fotos: C.F.A. Junior & B.S.Pires
Fotos: P. S. M. Pais
Avaliação dos impactos das operações mecanizadas
 Os ensaios de compressão uniaxial  realizados com
amostras indeformadas coletadas com umidades nas
quais as operações mecanizadas foram realizadas.
Ensaio de Compressão Uniaxial
 Consolidômetro (Boart Longyear).
 Amostras indeformadas.
Pressões aplicadas:
 25, 50, 100, 200, 400, 800 e 1.600 kPa.
 Amostras parcialmente saturadas.
 Aplicação de cada pressão: até que 90% da
deformação máxima seja alcançada (Taylor, 1948).
Densidade do Solo
Curva de compressão do solo
Curva de
Compressão
Secundária
Deformações
Elásticas
σp
Curva de
Compressão
Virgem
Deformações
Plásticas
Log Pressão Aplicada
Densidade do Solo, Mg m
-3
Curvas de compressão do solo para diferentes umidades
1.0
1.2
1.4
Curva de compressão
Curva de
Secundária
compressão
virgem
U, kg kg-1
0.34
0.27
0.18
0.05
σp
60 100
200
100
Pressão, kPa
500
1000
Modelo de Capacidade de Suporte de Carga
800
σp = 10 (2,87 - 3,96 θ) R2 = 0.94**
Usado para determinar a
capacidade de suporte
de carga do solo em
função da umidade
volumétrica.
σp (kPa)
600
400
σp = 300 kPa
200
σp = 120 kPa
ɵ = 0,14 m3 m-3
0
0,0
0,1
0,2
θ (m3 m-3)
0,3
Identificar a classe de solo mais resistente e mais suscetível à
compactação
600
LV: 10-12,5 cm - MG
LVA: 10-12,5 cm: MG
FX, PA, LA: 0 - 3 cm - ES
500
PA: 5-10,0 cm: BA
σp (kPa)
400
Umidade de trabalho
290
300
BA e ES: 5-15%
Classe de solo
mais resistente
à compactação:
LV – MG
230
200
130
100
0
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
θ (m3 m-3)
0,5
0,6
Classes de solo
mais suscetíveis
à compactação:
FX, PA, LA – ES
PA - BA
0,7
Identificar o horizonte de maior resistência mecânica
σp = 10 ( 3.04 - 5.54 U ) R2 = 0.91**
σp = 10 (2.99 - 3.44 U) R2 = 0.80**
σp (kPa)
600
PA
Horiz. A
Horiz. B
420
400
Horizonte B
300
Mais restritivo ao
desenvolvimento do
200
200
sistema radicular
40
0
0,0
0,1
0,2
Uθ (m
(kg3 m
kg-3)-1)
0,3
Avaliar a eficiência do preparo do solo
Pressão de Pré-consolidação  Estimativa da resistência do solo na
qual a elongação das raízes cessa (Römkens & Miller, 1971)
Área 051
90 cm
Sem subsolagem
Com subsolagem
Área 056
80 cm
Profundidade (cm)
Com subsolagem
0
20
40
60
80
0
20
40
60
80
PA
Área 051
Com subsolagem
Sem subsolagem
Área 56
0
Sem subsolagem
200
400
600
Pressão de Pré-consolidação (kPa)
As operações realizadas com os diferentes tipos de máquinas e
veículos causam ou não compactação?
Transbordo e Colhedora Autocarregável
Clambunk
Skidder
Caminhão Pneu Largo
Forwarder
Critérios usados para identificar os impactos das operações
mecanizadas sobre a estrutura do solo
600
Capacidade de Suporte de Carga
Intervalo de Confiança 95%
500
Região onde já ocorreu a
compactação do solo
σp (kPa)
400
300
Região onde existe tendência em
ocorrer a compactação do solo
200
100
Região onde não há
compactação do solo
0
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
3 m-1-3)
θU (m
(kg kg
)
0,6
0,7
0,8
Identificar a operação crítica
Pressão de Preconsolidação (kPa)
Colhedora, Trator e
Transbordo
LV: σ = 10(3,26 - 7,36U); R2 = 0,88**
p
Intervalo de confiança 95%
600
Época chuvosa
Manual
450
03/06
Época seca
300
11/05
08/06
150
LVA
0-3 cm
0
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
Umidade (kg kg-1)
(Severiano, 2007)
Identificar a intensidade de tráfego que causa maior compactação
do solo
Modelo de Capacidade de Suporte de Carga
Autocarregável
Intervalo de Confiança 95%
Pressão de Preconsolidação (kPa)
Autocarregável 3 passadas (n = 5)
700
Estação Chuvosa 2008
Colheita com Harvester
Resíduo casca e galho
600
500
Compactado: 0%
400
300
200
100
LV
0 - 3 cm
0
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Umidade Volumétrica (m3 m-3)
0,6
Identificar a intensidade de tráfego que causa maior compactação
do solo
Modelo de Capacidade de Suporte de Carga
Autocarregável
Intervalo de Confiança 95%
Pressão de Preconsolidação (kPa)
Autocarregável 7 passadas (n = 5)
700
Estação Chuvosa 2008
Colheita com Harvester
Resíduo casca e galho
600
500
Compactado: 80%
400
300
200
100
LV
0 - 3 cm
0
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Umidade Volumétrica (m3 m-3)
0,6
Pressão de Preconsolidação (kPa)
Identificar a operação mecanizada que causa maior compactação
do solo
( 3,04 - 5,54 U )
Capacidade Suporte
R = Carga
0,91**
σModelo
p = 10
Intervalo de confiança 95%
Feller 1996
600
2
Argissolo Amarelo
Horiz. A
400
Compactado: 11%
200
0
0,0
Feller
0,1
0,2
θ (m3 (kg
m-3)kg-1)
Umidade
0,3
Pressão de Preconsolidação (kPa)
Identificar a operação mecanizada que causa maior compactação
do solo
( 3,04 - 5,54 U )
2
Modelo
Capacidade
Suporte
= 0,91**
R Carga
σ = 10
p
Intervalo de confiança 95%
Processador 1996
600
Argissolo Amarelo
Horiz. A
400
Compactado: 44%
200
0
0,0
Processador
0,1
0,2
-1
Umidade
θ (m3 (kg
m-3kg
) )
0,3
Forwarder
Pressão de Preconsolidação (kPa)
Identificar a operação mecanizada que causa maior compactação
do solo
Modelo
Capacidade Suporte
σ
R2 = Carga
0,91**
p = 10
( 3,04 - 5,54 U )
600
Intervalo de confiança 95%
Forwarder 1996
Argissolo Amarelo
Horiz. A
400
Compactado: 63%
200
0
0,0
0,1
0,2
Umidade
θ (m3 (kg
m-3kg
) -1)
0,3
A operação crítica da colheita do eucalipto

FORWARDER

Medir as pressões de pré-consolidação durante um ciclo do
eucalipto

Recuperação natural da estrutura do solo
Recuperação natural da estrutura do solo
2
(2,88 - 3,95 U)
= 0,86**
(n = 76)
σModelo
Carga
p = 10 CapacidadeRSuporte
Intervalo de confiança 95%
Forwarder 1996
Forwarder 1998
Forwarder 2000
Forwarder 2002
Forwarder 2004
600
Pressão de Preconsolidação (kPa)
Forwarder
a
b
400
1996 1998 2000 2002 2004
a
63%
22%
11%
4%
7%
b
37%
74%
85%
92%
93%
c
0%
4%
4%
4%
0%
c
200
0
Argissolo Amarelo
Horiz. A
0,0
0,1
0,2
-1
Umidade
θ (m3 (kg
m-3kg
) )
0,3
 Compactado
Recuperação natural da estrutura do solo
2
(2,88
- 3,95 U)
Capacidade
Suporte
Carga
σModelo
R = 0,86**
(n = 76)
p = 10
Intervalo de confiança 95%
Forwarder 1996 - Após a colheita
Forwarder 2004 - Antes da colheita
Forwarder 2004 - Após a colheita
Após colheita Antes colheita Após colheita
1996
2004
2004
600
Pressão de Preconsolidação (kPa)
Forwarder
a
63%
7%
67%
37%
93%
33%
0%
0%
0%
c
200
0
c
b
400
a
b
Argissolo Amarelo
Horiz. A
0,0
0,1
0,2
-3) kg-1)
Umidade
(kg
θ (m3 m
0,3
 Compactado
Identificar o efeito do resíduo (Sem resíduos)
LA
2 passadas
8 passadas
Foto: A.R. Silva
Identificar o efeito do resíduo (Galhada)
Galhada (G)
Foto: A.R. Silva
Identificar o efeito do resíduo (Galhada e Casca)
Foto: A.R. Silva
Identificar o efeito do resíduo
Latossolo Amarelo - Guanhães - MG
Resíduos
Calhada e casca
Profundidade
Galhada
Solo sem resíduo
% de amostras compactadas
2 passadas de um Forwarder de pneus
0
10–13 cm
0
30
8 passadas de um Forwarder de pneus
0
10
50
(Silva, 2006)
Mapas de isolinhas
Finalidade de estimar:
 A capacidade de
suporte de carga
(logística de operações)
 A suscetibilidade à
compactação
 Resistência ao preparo
(Gontijo, 2007)
Considerações Finais
 A pressão de pré-consolidação deve ser a máxima pressão a ser
aplicada ao solo para que a degradação de sua estrutura seja
evitada.
 Os modelos de capacidade de suporte de carga predizem a
máxima pressão que o solo pode suportar sem sofrer
compactação e, portanto, degradação da estrutura do solo em
função da pressão de pré-consolidação e da umidade.
 Espera-se que em estudos futuros de degradação da estrutura
do solo, os modelos de capacidade de suporte de carga
possam ser utilizados como uma ferramenta preventiva da
compactação do solo.
Obrigado