RESISTÊNCIA TÊNSIL DE AGREGADOS E FRIABILIDADE DE UM SOLO CONSTRUÍDO EM ÁREA DE MINERAÇÃO DE CARVÃO EM CANDIOTA, RS

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1 RESISTÊNCIA TÊNSIL DE AGREGADOS E FRIABILIDADE DE UM SOLO CONSTRUÍDO EM ÁREA DE MINERAÇÃO DE CARVÃO EM CANDIOTA, RS Diony Alves Reis (1) ; Cláudia Liane Rodrigues de Lima (2) ; Eloy Antonio Pauletto (2) ; Luiz Fernando Spinelli Pinto (2) ; Gabriel Furtado Garcia (3) (1) Mestrando; Departamento de Solos; Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, RS, Cep , dionyodin@gmail.com; (2) Professor(a); Departamento de Solos; Universidade Federal de Pelotas; Pelotas, RS; (3) Graduando em Agronomia; Universidade Federal de Pelotas; Pelotas, RS Resumo Na recuperação de áreas mineradas, o desenvolvimento da cobertura vegetal em solos construídos tende a apresentar restrições ao seu desenvolvimento. Objetivou-se avaliar a qualidade estrutural de um solo construído a partir da resistência tênsil dos agregados (RT) e da friabilidade (F) do solo. O trabalho foi realizado em área pertencente à Companhia Riograndense de Mineração (CRM) no município de Candiota, RS. O delineamento experimental foi o de casualização por blocos com quatro repetições, sendo os tratamentos: T1- Capim Vaquero (Cynodon dactilon); T2 Braquiária Brizanta (Brachiaria brizantha); T3 Tanzânia (Panicum maximum); T4 Braquiária Humidícola (Brachiaria humidicola); T8 Solo construído sem plantas de cobertura e T9 Solo natural. Para avaliação da RT, as amostras foram secas ao ar, selecionando-se 1440 agregados, os quais foram submetidos a testes de tensão indireta através de um atuador eletrônico em uma velocidade constante. A friabilidade foi calculada através do coeficiente de variação da RT. Adicionalmente, determinou-se a granulometria e o carbono orgânico e o nitrogênio total do solo. Os resultados foram submetidos à análise de variância e ao teste de Duncan a 5% para comparação de médias. Os tratamentos não apresentaram diferenças significativas com relação às variáveis, RT, COT, e NT em ambas as camadas avaliadas. O aumento no teor de carbono orgânico proporcionou menores valores absolutos de resistência tênsil de agregados do solo. Palavras-Chave: Qualidade estrutural; Agregação; Mineração; Carbono. INTRODUÇÃO No processo de mineração de carvão a céu aberto, o carvão é extraído após a remoção dos horizontes do solo, do saprolito e dos estéreis, compostos pelas camadas geológicas sobrejacentes ou intercalados às camadas de carvão (siltitos, argilitos e folhelhos carbonosos) (Kämpf et al., 2000). A recuperação de áreas mineradas envolve a reposição dos materiais do estéril e do saprolito na cava minerada e a cobertura destes com o solo retirado no início do processo da frente de mineração, visando à reconstituição topográfica da paisagem (Gaivizzo et al., 2002). Nos solos construídos a alteração da estrutura do solo é decorrente dos processos de lavra e de recuperação das áreas mineradas, o que implica em aumento da densidade do solo, diminuição da taxa de infiltração de água, aumento do escoamento superficial e, consequentemente a erosão. Essa erosão pode expor camadas ricas em pirita, cuja oxidação produz ácido sulfúrico, provocando o fenômeno da drenagem ácida, que polui as águas e inibe a vegetação dos solos construídos (Pinto e Kämpf, 2002). Independente da forma como o processo de recuperação ocorre, a camada superficial do solo é a mais susceptível às alterações estruturais (Cornélio et al., 2008). Mensurar as alterações originadas em áreas mineradas torna-se de fundamental importância no processo de avaliação dos impactos ambientais causados pela mineração. Segundo Singer e Ewing (2000), indicadores físicos podem ser utilizados para o monitoramento da qualidade estrutural dos solos, através de atributos que influenciam a produção das culturas, tais como, a magnitude com que a matriz do solo resiste à deformação, a capacidade do solo em fornecer água e aeração para o crescimento e expansão do sistema radicular, a densidade do solo, a resistência tênsil dos agregados e a friabilidade do solo. A resistência tênsil (RT) é definida como a força por unidade de área necessária para causar a ruptura dos agregados do solo (Dexter e Watts, 2000). De acordo com Dexter e Kroesbergen (1985), a RT é provavelmente a mais útil medida de resistência individual dos agregados, podendo ser determinada por um teste simples em uma ampla variação de tamanhos de agregados e por consistir em um indicador sensível da condição estrutural. É uma propriedade dinâmica (Kay e Dexter, 1992) refletindo os efeitos do uso e manejo do solo. A friabilidade do solo (F) é a tendência de uma massa se desfazer em menores tamanhos sob aplicação de um estresse ou carga. É resultante da heterogeneidade da RT, devido aos planos de fraqueza ou zonas de falhas entre os agregados e pode ser estimada por meio do coeficiente de variação da resistência tênsil do solo (Watts e Dexter, 1998). De acordo com Utomo e Dexter (1981), a friabilidade é sinônimo de qualidade da condição física do solo e indicativa da condição estrutural. A resistência tênsil e a friabilidade do solo são influenciadas por diversos fatores tais como: umidade, teor de argila dispersa em água, concentração e composição da solução do solo (Rahimi et al., 2000), ciclos de umedecimento e secamento

2 (Kay e Dexter, 1992), teor e mineralogia da fração argila (Ley et al., 1993) e matéria orgânica do solo (Kay e Angers, 1999). A influência desses fatores sobre a resistência tênsil e a friabilidade do solo é dependente das condições climáticas, das práticas de manejo e de características do solo (Watts e Dexter, 1997). Valores elevados de F como muito friáveis indicam que os agregados maiores possuem menor resistência à ruptura do que agregados menores, e devido a isso quebram-se mais facilmente numa ampla distribuição de tamanhos. Macks et al., (1996) sugerem a utilização da friabilidade como indicadora de restrições da condição estrutural do solo para o estabelecimento das culturas. O objetivo deste estudo foi avaliar a resistência tênsil de agregados e a friabilidade de um solo construído na área de mineração de carvão em Candiota, RS. MATERIAL E MÉTODOS O estudo foi desenvolvido na área de mineração de carvão da Companhia Riograndense de Mineração (CRM), no município de Candiota, localizado na região da Campanha do Estado do Rio Grande do Sul, cujas coordenadas geográficas são 31,55 de latitude sul e 53,67 de longitude oeste. Segundo a classificação de Wilhelm Köppen, o clima da região é classificado como sendo do tipo Cfa, subtropical úmido, com temperatura e precipitação média anuais de 17 C e 1400 mm, respectivamente. O solo construído da área experimental caracterizase pela mistura de horizontes, com o predomínio do horizonte B, sendo o solo natural classificado como Argissolo Vermelho eutrófico típico (Nunes, 2002). O delineamento experimental foi o de casualização por blocos com quatro repetições, sendo os tratamentos: T1- Capim Vaquero (Cynodon dactilon); T2 Braquiária Brizanta (Brachiaria brizantha); T3 Tanzânia (Panicum maximum); T4 Braquiária Humidícola (Brachiaria humidicola); T8 Solo construído sem plantas de cobertura e T9 Solo natural. A amostragem foi realizada no mês de Junho de 2010, sendo coletadas amostras com estrutura alterada nas camadas 0,00 a 0,05 e 0,10 a 0,15 m, totalizando 48 amostras. Em laboratório, as amostras foram destorroadas manualmente em seus pontos de fraqueza e secas ao ar. A seguir, para verificação da resistência tênsil, foram selecionados 30 agregados de cada amostra de solo, sendo: 2 amostras de campo x 4 blocos x 30 repetições de agregados x 6 tratamentos, totalizando, 1440 agregados avaliados. No teste de tensão indireta para determinação da resistência tênsil utilizou-se um atuador eletrônico linear a uma velocidade constante de 3 mm s -1 (MA 933). Antes da aplicação da força, cada agregado foi pesado e aferido, obtendo sua altura, largura e comprimento para a determinação do seu diâmetro médio. Cada agregado foi acomodado na posição mais estável para a aplicação da carga. O valor da força aplicada para a ruptura tênsil do agregado foi registrado em um sistema eletrônico de aquisição de dados. A resistência tênsil (RT) foi calculada, conforme Dexter e Kroesbergen, (1985): sendo: 0,576 é o coeficiente de proporcionalidade; P é a força aplicada (N), e D é o diâmetro efetivo (mm). O diâmetro efetivo (D) foi calculado, conforme Watts e Dexter (1998), sendo: Onde: Dm: o diâmetro médio do agregado (mm); M é a massa do agregado individual (g); e M 0 a massa média dos agregados na população (g). A friabilidade do solo foi estimada pelo método do coeficiente de variação, proposto por Watts e Dexter (1998), conforme a equação: Onde F: é a friabilidade do solo; é o desvio-padrão dos valores médios da resistência tênsil; Y é a média dos valores medidos de resistência tênsil em todos os agregados; e n é o número de repetições, sendo o segundo termo o erro-padrão do coeficiente de variância. As classes de friabilidade utilizadas neste trabalho foram tomadas com base nos valores de F (adimensional) propostos por Imhoff et al., (2002): não friável (< 0,10), ligeiramente friável (0,10 0,20), solo friável (0,20 0,50), muito friável (0,50 0,80) e mecanicamente instável (> 0,80). Para quantificação do carbono orgânico e nitrogênio total, foram selecionados 10 agregados adicionais nos seis tratamentos e em cada bloco, totalizando 240 agregados. Estes agregados foram submetidos ao teste de tensão indireta e, posteriormente foram manualmente moídos em gral de ágata. Em seguida cada agregado moído foi acondicionado em eppendorf de 2 ml. O conteúdo de carbono orgânico e nitrogênio total foram determinados com um analisador elementar pelo método de combustão seca. Os resultados foram submetidos à análise de variância, sendo os valores médios comparados pelo teste de Duncan (p< 0,05). Teste de correlação de Pearson foi estabelecido para verificar relações entre alguns atributos avaliados. A analise granulométrica, realizada segundo Embrapa (1997), é mostrada na Tabela 1. 2

3 Tabela 1. Frações granulométricas de um solo construído e natural na área de mineração de carvão de Candiota, RS. Areia Silte Argila Areia Silte Argila % 0,00 a 0,05 m 0,10 a 0,15 m T1 31,28 21,91 46,80 30,01 20,25 49,74 T2 31,89 22,56 45,55 33,86 19,09 47,05 T3 30,70 21,76 47,54 32,76 18,76 48,48 T4 31,33 20,71 47,96 31,85 21,44 46,71 T8 30,70 21,51 47,79 30,97 20,33 48,70 T9 47,78 27,18 25,04 29,90 25,61 44,49 RESULTADOS E DISCUSSÃO Os momentos estatísticos são apresentados nas Tabelas 2 e 3. Tabela 2. Momentos estatísticos das variáveis avaliadas na camada de 0,00 a 0,05 m de um solo construído e natural em área de mineração de carvão em Candiota RS. Média Mínimo Máximo DP 1 CV % 2 Tratamentos Variáveis 0,00-0,05 m RT, kpa 82,40 74,39 88,86 6,56 7,97 F 0,58 0,51 0,62 0,06 10,3 T1 COT, % 1,03 0,88 1,14 0,11 10,99 NT, % 0,10 0,08 0,11 0,02 15,91 RT, kpa 87,95 44,24 128,77 36,65 41,67 F 0,65 0,46 0,87 0,19 29,43 T2 COT, % 1,15 0,94 1,32 0,17 15,40 NT, % 0,10 0,09 0,11 0,01 11,30 RT, kpa 113,20 82,83 139,43 27,48 24,27 F 0,65 0,55 0,74 0,08 12,36 T3 COT, % 0,89 0,83 0,97 0,06 7,83 NT, % 0,10 0,09 0,10 0,00 2,93 RT, kpa 112,28 45,53 158,16 48,99 43,63 F 0,57 0,39 0,69 0,12 21,78 T4 COT, % 0,97 0,60 1,18 0,27 28,12 NT, % 0,10 0,09 0,10 0,01 8,12 RT, kpa 83,57 30,80 133,04 41,80 50,01 F 0,59 0,49 0,65 0,09 14,48 T8 COT, % 0,93 0,62 1,24 0,25 27,54 NT, % 0,09 0,08 0,10 0,01 10,77 RT, kpa 55,90 41,01 64,94 10,34 18,51 F 0,47 0,42 0,54 0,05 11,21 T9 COT, % 1,95 1,45 2,62 0,49 25,13 NT, % 0,12 0,10 0,13 0,01 11,60 2 DP = Desvio Padrão; 3 CV = Coeficiente de variação. Tabela 3. Momentos estatísticos das variáveis avaliadas na camada 0,10 a 0,15 m de um solo construído e natural em área de mineração de carvão em Candiota RS Tratamentos Variáveis T1 T2 T3 T4 T8 Média Mínimo Máximo DP 1 CV % 2 0,10 a 0,15 m RT, kpa 112,73 60,19 144,24 38,21 33,89 F 0,72 0,54 0,86 0,13 18,42 COT, % 0,81 0,60 1,18 0,25 31,35 NT, % 0,10 0,09 0,10 0,00 3,84 RT, kpa 114,27 57,03 181,93 65,13 57,00 F 0,73 0,45 0,90 0,20 27,14 COT, % 0,68 0,57 0,84 0,11 16,91 NT, % 0,09 0,08 0,10 0,01 10,37 RT, kpa 191,41 148,45 233,01 47,78 24,96 F 0,47 0,35 0,61 0,11 22,63 COT, % 0,66 0,54 0,73 0,08 12,88 NT, % 0,09 0,09 0,10 0,00 2,19 RT, kpa 91,40 41,74 152,53 55,10 60,28 F 0,64 0,49 0,80 0,13 19,75 COT, % 0,79 0,53 1,08 0,22 28,23 NT, % 0,09 0,08 0,11 0,01 13,08 RT, kpa 112,32 50,66 141,65 41,82 37,24 F 0,62 0,48 0,72 0,10 16,60 COT, % 0,67 0,54 0,84 0,12 18,72 NT, % 0,09 0,09 0,10 0,01 7,02 RT, kpa 66,12 61,53 74,88 5,98 9,04 F 0,48 0,46 0,50 0,02 3,76 T9 COT, % 1,26 1,09 1,36 0,12 9,86 NT, % 0,10 0,09 0,11 0,01 12,08 1 DP = Desvio Padrão; 7 CV = Coeficiente de variação. Os maiores coeficientes de variação encontrados para RT nas camadas de 0,00 a 0,05 m, T8 (Tabela 2) e 0,10 a 0,15 m, T2 e T4 (Tabela 3) podem ser devidos principalmente à irregularidade da forma dos agregados. Tormena et al., 2008, também atribuíram os valores de CV à dificuldade em definir a posição mais estável do agregado para aplicação da tensão ou definição do momento exato do fraturamento do agregado. Segundo Imhoff et al., (2002) a exposição do solo a longos ciclos de umedecimento e secagem, também pode contribuir para a alta variabilidade dos valores de RT, o que pode ser observado no T8 Solo sem cobertura vegetal, camada de 0,00 a 0,05 m (Tabela 3). Não foram verificados efeitos estatísticos diferenciados das plantas de cobertura sobre a RT (Tabela 4), porém em média, nos tratamentos (T1, T2, T3, T4 e T8), os valores de RT foram elevados em relação ao valor de RT encontrado no T9 - solo natural. Esses valores podem ser atribuídos principalmente ao processo de construção dos solos. Segundo Blanco-Canqui et al., (2005) valores elevados de RT estão relacionados ao manejo que é dado ao solo. No processo de recuperação das áreas mineradas o revolvimento dos horizontes do solo e o transito de rodados 3

4 de máquinas de grande porte podem promover aumento da RT como resultado do aumento da densidade do solo e promoção da compactação. Nesse sentido as zonas de falhas (poros) dentro dos agregados são reduzidas, aglutinando de tal forma as partículas minerais ou rearranjando-as proporcionando agregados mais resistentes à ruptura, o que eleva os valores de RT (Tabela 4). Tabela 4. Resistência tênsil (RT), friabilidade (Valor F) e classificação quanto à friabilidade de um solo construído e natural na área de mineração de carvão em Candiota, RS. Classificação Tratamentos RT (kpa) Valor F quanto à friabilidade 1 0,00 a 0,05 m T1 82,41a 0,59 ± 0,02 Muito friável T2 87,95a 0,65 ± 0,02 Muito friável T3 113,20a 0,66 ± 0,02 Muito friável T4 112,28a 0,57 ± 0,01 Muito friável T8 83,58 0,59 ± 0,02 Muito friável T9 55,90 0,47 ± 0,02 Friável 0,10 a 0,15 m T1 112,73ab 0,72 ± 0,02 Muito friável T2 114,27ab 0,73 ±0,05 Muito friável T3 191,41a 0,47 ±0,01 Friável T4 91,40b 0,64 ± 0,03 Muito friável T8 112,32 0,62 ±0,01 Muito friável T9 66,12 0,48 ±0,01 Friável 1 Proposto por Imhoff et al., (2002). humidicola; T8 Solo sem cobertura; T9 Solo natural. Médias seguidas pela mesma letra minúscula nas colunas dentro de cada variável, não diferem significativamente pelo teste de Duncan a 5 %. Outro fator que exerce influência sobre valores de RT além do manejo, está relacionado ao conteúdo de matéria orgânica do solo (MOS) (Imhoff et al., 2002). Entretanto, ainda perduram discussões quanto ao real efeito da matéria orgânica sobre RT, uma vez que ela poderia promover tanto aumento como redução dos valores de RT. Não houve efeito estatístico significativo diferenciado entre os tratamentos (T1, T2, T3 e T4), porém os valores encontrados nestes tratamentos, em média, foram inferiores ao T9, que representa o solo existente na área (natural) (Tabela 5) em ambas as camadas avaliadas. Segundo Zhang (1994) o COT pode favorecer aumento da RT, atuando como agente cimentante das partículas minerais do solo. Nesse sentido o COT favorece aumento no número e na força das ligações entre as partículas minerais do solo, elevando os valores de RT. A redução dos valores de RT pelo aumento do conteúdo de COT seria promovida pelo incremento da porosidade intra-agregado, pelo aumento do número de zonas de fraqueza (poros) dentro do agregado. Nesse sentido a densidade do solo, o numero de ligações e a força entre as partículas minerais é reduzida, consequentemente diminuindo os valores de RT. A predominância de um ou de outro mecanismo vai determinar a correlação entre resistência tênsil dos agregados e COT (Rahimi et al., 2000). Tabela 5. Carbono orgânico total (COT, %) e nitrogênio total (NT, %) de um solo construído e natural da área de mineração de carvão em Candiota, RS. Camadas Tratamentos COT NT 0,00 a 0,05m 0,10 a 0,15m T1 1,03 a 0,09 a T2 1,15 a 0,10 a T3 0,89 a 0,09 a T4 0,97 a 0,10 a T8 0,93 0,09 T9 1,95 0,12 T1 0,81 a 0,09 a T2 0,67 a 0,09 a T3 0,66 a 0,09 a T4 0,78 a 0,09 a T8 0,67 0,09 T9 1,26 0,1 Médias seguidas pela mesma letra minúscula nas colunas dentro de cada variável, não diferem significativamente pelo teste de Duncan a 5 %. Nesse estudo, a correlação (Figura 1) evidenciou uma associação inversa entre as variáveis de RT e COT, (r = - 0,46; P <0,05) confirmando que os maiores valores de RT são atribuídos em função dos menores teores de carbono orgânico total, corroborando com Tormena et al., (2007) que encontraram a mesma associação de RT e COT. Figura 1. Relação obtida entre entre a resistência tênsil (RT) e o carbono orgânico total (COT) de um solo 4

5 construído e mineral em área de mineração de carvão em Candiota RS Conforme Zhang (1994), o aumento do conteúdo de COT reduz a resistência tênsil dos agregados do solo, isto se deve ao aumento da porosidade dentro dos agregados. O que pode ser observado no T9, em ambas as camadas, que apresentaram os menores valores de RT (Tabela 4) e os maiores resultados de COT (Tabela 5). Zhang (1994) também demonstrou que não somente a quantidade de matéria orgânica pode influenciar nos valores de RT, mas também seu grau de humificação. Segundo o autor, quanto mais humificada a matéria orgânica do solo, menor será o seu efeito em reduzir a resistência tênsil dos agregados. A classificação de friabilidade do solo advém da heterogeneidade dos valores de RT que considera o diâmetro médio dos agregados. Todos os tratamentos na camada de 0,00 a 0,05 m apresentaram-se como muito friáveis, exceto o T9, classificado como friável (Tabela 4). Na profundidade de 0,10 a 0,15 m os tratamentos T3 e T9 apresentaram-se como friáveis enquanto os outros se apresentaram como muito friáveis, sugerindo que o P. maximum pode contribuir para uma melhor estruturação do solo, servindo de forma eficiente como planta de cobertura para recuperação de áreas mineradas. Os valores elevados de friabilidade classificando o solo como muito friável sugerem que os agregados maiores se desfazem mais facilmente que os agregados menores em uma ampla variação de tamanhos e que os agregados menores são mais resistentes ao fraturamento. CONCLUSÕES 1. A resistência tênsil não foi sensível para avaliar o efeito de plantas de cobertura no solo construído testado. 2. Em valores absolutos, a resistência tênsil esteve associada negativamente com o teor de carbono orgânico total. AGRADECIMENTOS A CAPES pela concessão da bolsa. Ao CNPq e a Companhia Riograndense de Mineração (CRM) pelo apoio financeiro e concessão da área. DEXTER, A.R.; KROESBERGEN, B. 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