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

1.

DEFINIÇÕES

1.2.

Resistência mecânica à penetração (RP)

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)

1.3.

Penetrômetro de impacto

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.

• 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 cm2 , 5) diâmetro do sabre: 9,5 mm (American Society of Agricultural Engineers)

2.

FORMULÁRIO DO PENETRÔMETRO DE IMPACTOS

2.1.

Fórmula expedita

• STOLF, R. et al. Recomendação para uso do penetrômetro de impacto. Araras: Kamaq

Máquinas e Implementos Agrícolas, s/d. 10p.

imp/dm = [N/(P-A)] . 10.....................................(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)

2.2.

Transformação de imp/dm em Pascal (Pa)

2.3.

Fórmula científica

• 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.229-235, 1991.

RP = 5,581 + 6,891 . (imp/dm)…..…….................(2)

onde, no Sistema CGS:

• RP = resistência mecânica à penetração [kgf/cm2]

• imp/dm = impactos por decímetro para o curso do

cilindro de 40 cm

RP = 2,791 + 3,446 . (imp/dm)…..…….................(2)

onde, no Sistema CGS:

• RP = resistência mecânica à penetração [kgf/cm2]

• imp/dm = impactos por decímetro para o curso do

cilindro de 20 cm

• Sabendo-se que:

e que:

portanto, a unidade de pressão (P) no CGS fica:

...................................................(3)

• Sabendo-se também que:

• 1 kgf . 9,81 = N ...........................................(4)

• 1 m2 = 10 000 cm2 = 104 cm2 ......................(5)

• 1 cm2 = 10-4 m2 ..........................................(6)

• Portanto, substituindo-se as eq. (4) e (6) na pressão (eq. 3), a unidade de pressão no Sistema Internacional (Pa) fica:

.............................(7)

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

........(8)

Dividindo-se 98 100 por 1 000 000, para não trabalhar com valores numéricos enormes, vem que:

• Para o curso do cilindro de 40 cm (solo friável):

..(7)

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

..(8)

3.

GENERALIDADES DO USO DO PENETRÔMETRO DE IMPACTOS

3.1.

A resistência mecânica à penetração (RP) varia em função da umidade (θS) e da densidade do solo

(DS)

• θS RP ... e vice-versa

• DS RP ... e o inverso é verdade

Considerar :

• UV = UG . DS

Mineral (45%)

M.O. (5%)

Água(33,5%)

Ar(16,5%)

0

RMP = f (umidade do solo)

28

22% RMP

Portanto, efetuar o controle da umidade do solo no momento da coleta dos

dados de resistência

3.2.

O crescimento radicular (CR) é inversamente correlacionado com a resistência mecânica à

penetração (RP)

3.3.

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

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

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

(BEUTLER; CENTURION, 2004)

3.4.

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

0 1

2 3

4 5

0 5 10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

RP (MPa)

Profundidade (cm)

PASTO

GRADE

MATO

3.5.

Coleta de dados da resistência mecânica à penetração no campo

FIGURA 3: Coleta de dados no campo

FIGURA 4: Representação gráfica dos dados do penetrômetro de impacto e correspondente perfil amostrado.

(STOLF, 1987)

3.6.

Classes de valores da resistência mecânica à penetração

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

TABELA 2. Limites de classes de resistência de solos à penetração e graus

de limitação ao crescimento das raízes (Canarache, 1990).

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

3.7.

Planilha para coleta de dados no campo

4.

CONSTRUÇÃO DO GRÁFICO

RESISTÊNCIA x PENETRAÇÃO

4. 1.

Generalidades

• n (número) de perfis da RP para o gráfico

• n = f (manejo do solo)

• normalmente : n = 10 – 15 repetições/talhão

• talhão = f (manejo do solo)

4. 2.

Coleta dos dados no campo

Perfil 1

N Posição do cilindro RP (MPa)

Eq. (8 – 20cm) A (cm) P (cm)

0 0 1,0 0,274

1 1,0 2,5 2,527

2 2,5 6,5 1,964

4 6,5 15,0 1,864

7 15,0 30,0 1,851

5 30,0 48,0 1,213

3 48,0 67,0 0,807

1 67,0 74,0 0,757

Perfil 2

N Posição do cilindro RP (MPa)

Eq. (8 – 20cm) A (cm) P (cm)

0 0 2,5 0,274

1 2,5 4,0 2,527

2 4,0 7,0 2,527

4 7,0 15,0 1,964

7 15,0 30,0 1,851

5 30,0 42,0 1,682

3 42,0 68,0 0,664

1 68,0 73,0 0,950

Perfil 3

N Posição do cilindro RP (MPa)

Eq. (8 – 20cm) A (cm) P (cm) 0 0 2,5 0,274

1 2,5 4,0 2,527

2 4,0 6,0 3,654

4 6,0 13,0 2,205

8 13,0 25,0 2,527

6 25,0 38,0 1,834

4 38,0 49,0 1,503

2 49,0 65,0 0,696

1 65,0 74,0 0,649

Perfil 4

N Posição do cilindro RP (MPa)

Eq. (8 – 20cm) A (cm) P (cm) 0 0 0,5 0,274

1 0,5 2,5 1,964

2 2,5 4,0 4,780

4 4,0 11,0 2,205

8 11,0 28,0 1,864

6 28,0 44,0 1,541

4 44,0 69,0 0,815

1 69,0 78,0 0,649

Perfil 5

N Posição do cilindro RP (MPa)

Eq. (8 – 20cm) A (cm) P (cm) 0 0 2,0 0,274 1 2,0 3,5 2,527 2 3,5 5,0 4,780 4 5,0 11,5 2,354 8 11,5 23,0 2,625 4 23,0 32,0 1,776 3 32,0 49,0 0,870 2 49,0 65,0 0,696 1 65,0 75,0 0,612

4. 3.

Distribuição da RP dos perfis em profundidade do solo

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 2,865

.

.

.

.

.

.

.

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.

.

.

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.

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.

.

.

.

.

.

. 69,5 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

4. 4.

Construção do gráfico

RP x Prof.

• 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 R2

RP = 3E-05**.x3 - 0,003**.x2 + 0,092**.x + 1,576 R² = 0,776**

(x = prof.)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

0 10 20 30 40 50 60 70

RP

(MPa

)

Prof. (cm)

5.

REFERÊNCIAS

• 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.229-235, 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. 699-707, 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. 1811-1822, 2010