COMPACTAÇÃO DO SOLO AVALIADA PELA RESISTÊNCIA MECÂNICA À PENETRAÇÃO

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1 UNESP UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA JÚLIO DE MESQUITA FILHO CAMPUS DE ILHA SOLTEIRA FEIS COMPACTAÇÃO DO SOLO AVALIADA PELA RESISTÊNCIA MECÂNICA À PENETRAÇÃO Prof. Dr. Morel de Passos e Carvalho DEFERS / Março / 2009

2 1. DEFINIÇÕES

3 1.2. Resistência mecânica à penetração (RP)

4 Resistência mecânica à penetração é o esforço de reação que o solo oferece à pressão de penetração de uma haste do penetrômetro com ponta cônica no sabre, cuja área é conhecida. Simula a reação do solo à elongação radicular. Como, portanto, no Sistema Internacional de Unidades, é dada em Pa (Pascal)

5 1.3. Penetrômetro de impacto

6 Penetrômetros são aparelhos destinados à avaliação da resistência mecânica à penetração do solo. Dividem-se em convencionais e de impacto. São constituídos de uma haste com uma ponta cônica na extremidade inferior. Na superior possui um dinamômetro (convencional) ou um cilindro (impacto). O penetrômetro de impactos (Stolf) é apresentado na Fig. 1.

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9 Características do penetrômetro de impactos (Stolf, Fig. 1) 1) massa do cilindro: 4 kg, 2) curso de queda livre: 400 mm, 3) ângulo da ponta cônica: 30, 4) área da ponta cônica em contato com o solo: 1,28 cm 2, 5) diâmetro do sabre: 9,5 mm (American Society of Agricultural Engineers)

10 2. FORMULÁRIO DO PENETRÔMETRO DE IMPACTOS

11 2.1. Fórmula expedita

12 STOLF, R. et al. Recomendação para uso do penetrômetro de impacto. Araras: Kamaq Máquinas e Implementos Agrícolas, s/d. 10p.

13 imp/dm = [N/(P-A)] (1) onde: imp/dm = impactos por decímetro N = número de impactos efetuados com o martelo (cilindro) do penetrômetro para obtenção da leitura A e P = leituras antes e depois dos impactos (cm)

14 2.2. Transformação de imp/dm em Pascal (Pa)

15 2.3. Fórmula científica

16 STOLF, R. Teoria e teste experimental de fórmulas de transformação dos dados de penetrômetro de impactos em resistência do solo. Rev. Bras. Ciênc. Solo, Campinas, v.15, p , 1991.

17 RP = 5, ,891. (imp/dm).....(2) onde, no Sistema CGS: RP = resistência mecânica à penetração [kgf/cm 2 ] imp/dm = impactos por decímetro para o curso do cilindro de 40 cm

18 RP = 2, ,446. (imp/dm).....(2) onde, no Sistema CGS: RP = resistência mecânica à penetração [kgf/cm 2 ] imp/dm = impactos por decímetro para o curso do cilindro de 20 cm

19 Sabendo-se que: e que: portanto, a unidade de pressão (P) no CGS fica:...(3)

20 Sabendo-se também que: 1 kgf. 9,81 = N...(4) 1 m 2 = cm 2 = 10 4 cm 2...(5) 1 cm 2 = 10-4 m 2...(6) Portanto, substituindo-se as eq. (4) e (6) na pressão (eq. 3), a unidade de pressão no Sistema Internacional (Pa) fica:...(7)

21 Aplicando-se a eq. (7) na eq. (2) vem que:...(8)

22 Dividindo-se por , para não trabalhar com valores numéricos enormes, vem que:

23 Para o curso do cilindro de 40 cm (solo friável):..(7)

24 Para o curso do cilindro de 20 cm (solo plástico e/ou arenoso):..(8)

25 3. GENERALIDADES DO USO DO PENETRÔMETRO DE IMPACTOS

26 3.1. A resistência mecânica à penetração (RP) varia em função da umidade (θs) e da densidade do solo (DS)

27 θs RP... e vice-versa DS RP... e o inverso é verdade Considerar : UV = UG. DS

28 RMP = f (umidade do solo) 0 22% RMP Água (33,5%) Ar (16,5%) Mineral (45%) M.O. (5%) 28

29 Portanto, efetuar o controle da umidade do solo no momento da coleta dos dados de resistência

30 3.2. O crescimento radicular (CR) é inversamente correlacionado com a resistência mecânica à penetração (RP)

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32 3.3. A produtividade vegetal varia inversamente com a resistência mecânica à penetração (RP)

33 TABELA 1. Produtividade relativa (%) de grãos de arroz de sequeiro em função da resistência do solo à penetração e densidade do solo no Latossolo Vermelho Distrófico. (BEUTLER et al., 2004) 33

34 FIGURA 2. Produtividade de soja = f (resistência à penetração). Umidade de determinação na capacidade de campo (0,01 MPa). (BEUTLER; CENTURION, 2004)

35 3.4. A resistência mecânica à penetração (RP) varia em função do manejo/preparo do solo

36 RP (MPa) PASTO GRADE MATO Profundidade (cm)

37 3.5. Coleta de dados da resistência mecânica à penetração no campo

38 FIGURA 3: Coleta de dados no campo

39 FIGURA 4: Representação gráfica dos dados do penetrômetro de impacto e correspondente perfil amostrado. (STOLF, 1987)

40 3.6. Classes de valores da resistência mecânica à penetração

41 TABELA 2. Limites de classes de resistência de solos à penetração e graus de limitação ao crescimento das raízes (Canarache, 1990). Classes Limites (MPa) Limitações ao crescimento das raízes Muito baixa < 1,1 Sem limitação Baixa 1,1 a 2,5 Pouca limitação Média 2,6 a 5,0 Algumas limitações Alta 5,1 a 10,0 Sérias limitações Muito alta 10,1 a 15,0 Raízes praticamente não crescem Extremamente alta > 15,0 Raízes não crescem

42 TABELA 3. Limites de classes de resistência de solos à penetração e graus de limitação ao crescimento das raízes (USDA, 1993). Classes Valores de RP (MPa) Baixa RP < 0,1 Extremamente baixa RP < 0,01 Muito baixa 0,01 < RP < 0,1 Intermediária 0,1 < RP < 2,0 Baixa 0,1 < RP < 1,0 Moderada 1,0 < RP < 2,0 Elevada RP > 2,0 Alta 2,0 < RP < 4,0 Muito alta 4,0 < RP < 8,0 Extremamente alta RP > 8,0

43 3.7. Planilha para coleta de dados no campo

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45 4. CONSTRUÇÃO DO GRÁFICO RESISTÊNCIA x PENETRAÇÃO

46 4. 1. Generalidades

47 n (número) de perfis da RP para o gráfico n = f (manejo do solo) normalmente : n = repetições/talhão talhão = f (manejo do solo)

48 4. 2. Coleta dos dados no campo

49 Perfil 1 N A (cm) Posição do cilindro P (cm) RP (MPa) Eq. (8 20cm) 0 0 1,0 0, ,0 2,5 2, ,5 6,5 1, ,5 15,0 1, ,0 30,0 1, ,0 48,0 1, ,0 67,0 0, ,0 74,0 0,757

50 Perfil 2 N A (cm) Posição do cilindro P (cm) RP (MPa) Eq. (8 20cm) 0 0 2,5 0, ,5 4,0 2, ,0 7,0 2, ,0 15,0 1, ,0 30,0 1, ,0 42,0 1, ,0 68,0 0, ,0 73,0 0,950

51 Perfil 3 N A (cm) Posição do cilindro P (cm) RP (MPa) Eq. (8 20cm) 0 0 2,5 0, ,5 4,0 2, ,0 6,0 3, ,0 13,0 2, ,0 25,0 2, ,0 38,0 1, ,0 49,0 1, ,0 65,0 0, ,0 74,0 0,649

52 Perfil 4 N A (cm) Posição do cilindro P (cm) RP (MPa) Eq. (8 20cm) 0 0 0,5 0, ,5 2,5 1, ,5 4,0 4, ,0 11,0 2, ,0 28,0 1, ,0 44,0 1, ,0 69,0 0, ,0 78,0 0,649

53 Perfil 5 N Posição do cilindro RP (MPa) A (cm) P (cm) Eq. (8 20cm) 0 0 2,0 0, ,0 3,5 2, ,5 5,0 4, ,0 11,5 2, ,5 23,0 2, ,0 32,0 1, ,0 49,0 0, ,0 65,0 0, ,0 75,0 0,612

54 4. 3. Distribuição da RP dos perfis em profundidade do solo

55 Prof. (cm) RP (MPa) P1 P2 P3 P4 P5 MÉDIA 0 0,274 0,274 0,274 0,274 0,274 0,274 0,5 0,274 0,274 0,274 0,274 0,274 0,274 1,0 0,274 0,274 0,274 1,964 0,274 0,612 1,5 2,527 0,274 0,274 1,964 0,274 1,063 2,0 2,527 0,274 0,274 1,964 0,274 1,063 2,5 2,527 0,274 0,274 1,964 2,527 1,513 3,0 1,964 2,527 2,527 4,780 2,527 2,865 3,5 1,964 2,527 2,527 4,780 2,527 2, ,5 0,757 0,950 0,649 0,649 0,612 0,723 70,0 0,757 0,950 0,649 0,649 0,612 0,723

56 4. 4. Construção do gráfico RP x Prof.

57 No ambiente Excel Coluna A = Eixo x = Prof. (cm) de 0,5 em 0,5 cm Coluna B = Eixo y = RP (MPa), discriminando valores médios/linha Ir na opção INSERIR Acionar DISPERSÃO COM LINHAS SUAVES E MARCADORES Editar o gráfico final Adicionar equação do terceiro grau Adicionar R 2

58 RP = 3E-05**.x 3-0,003**.x 2 + 0,092**.x + 1,576 R² = 0,776** (x = prof.) RP (MPa) Prof. (cm)

59 5. REFERÊNCIAS

60 STOLF, R. et al. Recomendação para uso do penetrômetro de impacto. Araras: Kamaq Máquinas e Implementos Agrícolas, s/d. 10p. STOLF, R. Teoria e teste experimental de fórmulas de transformação dos dados de penetrômetro de impacto em resistência do solo. Rev. Bras. Ciênc. Solo, Campinas, v.15, p , 1991 SOUZA, Z.M.; SILVA, M.L.S.; GUIMARÃES, G.L.; CAMPOS, D.T.S.; CARVALHO, M.P.; PEREIRA, G.T. Variabilidade espacial de atributos físicos em um Latossolo Vermelho distroférrico sob semeadura direta em Selvíria (MS). Rev. Bras. Ciênc. Solo, v.25, p , 2001 MONTANARI. R.; CARVALHO, M.P.; ANDREOTTI, M.; DALCHIAVON, F.C.; LOVERA, L.H; HONORATO, M.A.O. Aspectos da produtividade do feijão correlacionados com atributos físicos do solo sob elevado nível tecnológico de manejo. Rev. Bras. Ciênc. Solo, v.34, p , 2010