4.5.1 Resistência à Penetração
Um dos indicadores de compactação do solo é a resistência do solo à penetração, que descreve a resistência física que o solo oferece a algo que tenta se mover através dele, como uma raiz em crescimento ou uma ferramenta de cultivo (GENRO JUNIOR et al., 2004). Para Balastreire (1990 apud SILVA, 2003), a resistência à penetração do solo, ou penetrabilidade, é a resistência oferecida à introdução de um corpo sólido na massa de solo. Segundo Perez–Gomar et al. (2002) a resistência à penetração pode ser utilizada para medir a resistência do solo ao tráfego com maquinaria, a resistência à penetração de raízes, a resistência a emergência de plântulas após semeadura e o estado de compactação existente.
A resistência mecânica à penetração vem sendo utilizada, há anos, em diversos campos da pesquisa agronômica em várias aplicações, como exemplo: na detecção de camadas compactadas, no estudo da ação de ferramentas de máquinas no solo, no
conhecimento de processos de umedecimento, conforme citado por Cunha et al. (2002), e tem sido utilizada para avaliar o crescimento das culturas, estudar o elongamento das raízes e, também, avaliar o esforço necessário para a emergência das sementes (SANTOS; LANÇAS, 1999).
Segundo Bradford (1986 apud MAIA, 1999) a resistência do solo à penetração pode ser considerada um dos fatores mais importantes para se avaliar o grau de dificuldade que o solo oferece ao desenvolvimento das raízes de uma determinada cultura.
De acordo com Vaz e Hopmans (2001) a resistência mecânica do solo à penetração é um importante parâmetro do solo que afeta o crescimento da raiz, o transporte de água e o controle de nutrientes na zona de enraizamento e, segundo Letey (1985), constitui uma das propriedades físicas do solo diretamente relacionados com o crescimento das plantas. O aumento da resistência à penetração do solo reduz a taxa de crescimento das raízes, indiferentemente se for conseqüência do aumento da densidade ou pela redução do conteúdo de água (STRECK et al., 2003).
Segundo Pedrotti et al. (2001) a resistência à penetração está relacionada com a textura do solo, com os solos arenosos apresentando menor resistência à penetração do que solos argilosos devido à menor coesão entre as partículas de areia em relação às de argila. Vaz e Hopmans (2001) caracterizaram a resistência à penetração do solo como uma propriedade que depende, além da textura, de outros fatores tais como a densidade do solo, o teor de água, agregação, cimentação e da mineralogia.
A resistência do solo à penetração, segundo Mantovani (1987), é um indicador secundário de compactação, não sendo, pois, uma medição física direta de qualquer condição do solo, tendo outros fatores, além da compactação, que afetam a resistência do solo, dentre os quais se destaca o teor de umidade do solo.
De acordo com Klein et al. (1998) a resistência do solo é influenciada por diversos fatores, citando que os mais importantes são a densidade do solo e a umidade do solo. Ainda, segundo os mesmos autores, como a resistência do solo à penetração aumenta com a densidade do solo e diminui com a umidade do solo, é fundamental que, quando a influência de um está sendo estudada, a influência da outra deverá ser controlada.
No campo, a resistência à penetração é bastante variável, sendo muito influenciada pelas condições do manejo dado ao solo, intensidade de tráfego das máquinas
agrícolas, do pisoteio animal sobre o solo e é dependente da umidade do solo (SILVA et al., 2004).
Na avaliação da resistência mecânica à penetração de raízes no solo, têm sido utilizados, na maioria das pesquisas, estudos de penetrometria por causa da facilidade e rapidez na obtenção dos resultados, apesar das diferenças entre uma raiz e um cone metálico (PRADO et al., 2002).
O impedimento físico à penetração que apresenta um solo é freqüentemente medido usando um penetrômetro, embora sejam estes muito mais resistentes que as raízes das plantas (WHALLEY et al., 2005), fornecendo boas estimativas da resistência mecânica do solo à penetração das raízes (IMHOFF et al., 2000), sendo a medida da resistência à penetração expressa pela relação entre a força exercida para fazer penetrar um cone metálico no solo e sua área basal, comumente denominada índice de cone.
Os penetrômetros vêm sendo empregados em grande escala no meio agrícola, para diversas aplicações, de acordo com Bianchini et al. (2002), por serem de utilização fácil, rápida e barata, com fácil interpretação dos resultados, principalmente para a determinação da resistência do solo à penetração de raízes e detecção de camadas de solo compactadas. Apesar das vantagens do uso dos penetrômetros, a resistência do solo à penetração varia diretamente com a densidade do solo e inversamente com o conteúdo de água no solo, dificultando a interpretação caso esses fatores não sejam levados em consideração (IMHOFF et al., 2000).
O princípio do penetrômetro, de acordo com Camargo e Alleoni (1997), é baseado na resistência do solo à penetração de uma haste, após recebimento de um impacto provocado pelo deslocamento vertical de um bloco de ferro colocado na parte superior da haste, por uma distância conhecida, normalmente 40 cm. Segundo os mesmos autores, quando o aparelho atinge zonas compactadas maior é o número de impactos para que a haste desça um comprimento conhecido, indicando uma resposta à maior resistência do solo à penetração.
Em função do princípio de penetração, os penetrômetros podem ser denominados de estáticos ou dinâmicos (BEUTLER, 2003). Penetrômetros estáticos consistem de uma agulha, com um cone na extremidade, ligada a um medidor da força ou pressão aplicada (HERRICK; JONES, 2002 apud LEÃO, 2002), quando o conjunto é pressionado
contra o solo a resistência à penetração é registrada em um dinamômetro (BEUTLER, 2003). A força exercida pelo operador é normalizada com a área basal do cone fornecendo o parâmetro índice de cone, em geral, registrado em megapascal (MPa). Penetrômetros dinâmicos são baseados no fornecimento de uma quantidade de energia cinética ao penetrômetro, o que faz com que uma haste penetre o solo em decorrência do impacto de um peso que cai em queda livre de uma altura constante e a mesma se move uma determinada distância através do solo (BEUTLER, 2003; STOLF, 1991 apud LEÃO, 2002).
Na obtenção do índice de cone podem ser utilizados penetrômetros manuais ou hidráulicos. Os penetrômetros manuais podem causar imprecisões de leitura devido à impossibilidade do operador manter uma velocidade constante durante o tempo de penetração da haste. A grande vantagem dos penetrômetros hidráulicos em relação aos manuais é que o primeiro opera com velocidade de penetração constante independente da força resistente do solo, o que é praticamente impossível de se obter com os de acionamento manual, segundo Lanças et al. (1996 apud SANTOS et al., 1999).
Camargo e Alleoni (1997 apud NAGAOKA, 2003) apontaram alguns cuidados que devem ser tomados quando da utilização de um penetrômetro para a obtenção de dados quando se pretende avaliar a resistência à penetração, alertando sobre alguns itens que, se observados, poderão evitar problemas:
x a resistência do solo à penetração é influenciada pela textura do solo;
x a utilidade do penetrômetro na medida da compactação do solo é limitada às medidas feitas para o mesmo solo à mesma umidade;
x a maioria dos penetrômetros tem diâmetro maior que as porções das raízes que estão se alongando;
x a resistência real exercida pelo solo à penetração radicular é, em geral, menor que a resistência medida pelo penetrômetro;
x a ponta da raiz tem normalmente camadas de mucilagem que reduzem o coeficiente de fricção na superfície de contato com o solo quando comparado ao penetrômetro;
x a raiz se deforma facilmente, enquanto a ponta do penetrômetro é rígida;
x deve-se tomar muito cuidado ao usar o penetrômetro em solos pedregosos, pois apenas um fragmento de rocha pode invalidar a leitura;
De acordo com Lins e Silva (1995) as medidas dos penetrômetros, para a obtenção do índice de cone do solo, foram padronizadas pela Sociedade Americana de Engenharia Agrícola, ASAE (1978), traduzido do inglês American Society of Agricultural Engineers, para atender os seguintes propósitos:
x Promover um método comum, para expressar as propriedades mecânicas do solo e facilitar as interpretações e comparações entre os trabalhos produzidos nos diferentes centros de pesquisas;
x Atender a necessidade de comparações das propriedades dos solos, em trabalhos que utilizam diversos tipos e condições de solos; e,
x Promover um sistema de caracterização de propriedades do solo, no qual pode ser possível estabelecer relações de desempenho e predição de modelos.
Apesar das limitações, a resistência à penetração do solo é freqüentemente utilizada para indicação comparativa de compactação, por causa da facilidade e rapidez, na qual numerosas medidas podem ser realizadas, com os resultados expressos em termos de força por unidade de área do cone na ponta do penetrômetro (MANTOVANI,1987).
Canarache (1990 apud CAMARGO; ALLEONI, 1997) sugeriu que valores superiores a 2,5 MPa começam a restringir o pleno crescimento das raízes das plantas, conforme a Tabela 2.
Tabela 2. Limites de classes de resistência de solos à penetração e graus de limitação ao crescimento das raízes
Classes Limites (MPa) Limitações ao crescimento das raízes Muito baixa Menor de 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 Maior de 15,0 Raízes não crescem
Alguns pesquisadores consideram a resistência à penetração restritiva ao crescimento radicular acima de certos valores que variam de 1,5 a 3,0 MPa segundo Grant e Lanfond (1993) e de 2,0 a 4,0 MPa segundo Arshad et al. (1996), conforme citados em Silva et al. (2000). Beutler e Centurion (2003) citaram os autores Nesmith (1987), Toop et al. (1994), Arshad et al. (1996), Tormena et al. (1998), Imhoff et al. (2000) que consideram críticos valores de resistência à penetração variando entre 1,5 a 4,0 MPa, sendo, em geral, o valor de 2,0 MPa aceito como impeditivo para o crescimento radicular segundo Tormena et al. (1998). Sene et al. (1985), citados por Camargo e Alleoni (1997), consideraram como críticos os valores variando de 6,0 a 7,0 MPa para solos arenosos e em torno de 2,5 MPa para solos argilosos.
Como citado em Mantovani (1987) e Castro Neto (2001), a resistência à penetração pode ser obtida facilmente em diversas profundidades, entretanto, para que os dados possam ser comparados, o teor de umidade deverá ser o mesmo em todos os níveis de profundidade.
Na interação da resistência à penetração com outros atributos, como a densidade do solo e o teor de água, Mantovani (1987) afirmou que há um aumento na resistência à penetração com o incremento da densidade do solo. Stirzaker et al. (1996 apud BEUTLER, 2003) verificaram que o efeito do conteúdo de água na resistência à penetração foi maior com o aumento da densidade do solo, sendo que pequenas alterações na densidade proporcionaram acentuado aumento da resistência à penetração em solos mais compactados e secos.