II SIMPÓSIO DE CIÊNCIA DO SOLO: interfaces, desafios e inovações. Impacto das operações mecanizadas na compactação do solo: prevenção e recuperação

(1)

Impacto das operações mecanizadas na

compactação do solo: prevenção e recuperação

II SIMPÓSIO DE CIÊNCIA DO SOLO:

interfaces, desafios e inovações

10/05/2017 – 18h30min

Moacir de Souza Dias Junior, Ph.D

Professor Titular

Departamento de Ciência do Solo Universidade Federal de Lavras

(2)

 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).

(3)

 Compactação

80% devido ao manejo inadequado

16% pisoteio animal (Oldeman, 1992).

 33% dos solos do mundo estão degradados. Na América Latina 50% dos solos (FAO, 2015).

 Principais problemas: Erosão, salinização, compactação, acidificação, contaminação, poluição, perda de carbono orgânico e desequilíbrio de nutrientes (FAO, 2015).

 Recuperação natural????

10-20 anos compactação superficial (Dickerson, 1976; Jakolbsen, 1991).

50-100 anos compactação profunda (Greacen & Sands, 1991).

(4)

Área do Brasil = 8.515.767,049 km2 _{(IBGE, 2015).}

(5)

Introdução - Brasil

Até a década de 60 o setor florestal era pouco expressivo na

economia brasileira e caracterizava-se por ser uma exploração predatória dos recursos florestais (Valverde, 1995).

A partir da década de 90, a colheita florestal passou a ser

tecnologicamente avançada.

Importação de maquinários da Europa e Estados Unidos.

Feller Bunchers, os Harvesters, os Skidders e Forwarders

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Introdução - Brasil

 O uso destes equipamentos podem promover degradação da estrutura do solo, devido ao aumento da frequencia do tráfego

causando compactação do solo (Dias Junior et al., 2007).

Feller Büncher 27.180 kg 59 kPa Harvester 26.000 kg 47,7 kPa Skidder 22.416 kg 61,86 kPa Forwarder 37.100 kg 92 a 152 kPa

(7)

Ar Água

Sólidos

 Compactação do solo  redução de volume

 expulsão de ar dos poros do solo.

Água

Sólidos



Adensamento  redução de volume  expulsão de água dos

poros do solo.



Manejo inadequado. Ar Água Sólidos Solo não compactado



(8)

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)

(9)

Declive: 0-10°

Carga: 30 árvores

Eixo frontal

s

_m = 275 kPa 5 vezes

Eixo traseiro

s

_m = 460 kPa 8 vezes

Declive: 0-10°

Carga: 95 árvores

Eixo dianteiro

s

_m = 399 kPa 7 vezes

Eixo traseiro

s

_m = 1.109 kPa 19 vezes

Pressões dinâmicas aplicadas na superfície do solo

Clambunk

Pressão estática = 60 kPa

(manual do fabricante)

(10)

A

compactação do solo

pode ocorrer

(11)

Compactação em lugares específicos

(12)

Compactação em lugares específicos

(13)

A compactação do solo tem sido identificada como o

principal processo

causador da degradação física do solo

(Canillas & Salokhe, 2002, Horn et al., 2003).

Redução da produtividade

Portanto, é importante destacar as propriedades físicas usadas para identificar a compactação dos solos

(14)

 Densidade do solo e resistência mecânica (Glab & Kuling, 2008;

 Severiano et al., 2008).

 Porosidade total, tamanho e continuidade de poros (Servadio et al., 2001; Glab & Kuling, 2008).

 Infiltração e redistribuição de água (Ishaq et al., 2001).

 Condutividade hidráulica (Silva et al., 2006).

 Pressão de pré-consolidação (Silva et al., 2007; Dias Junior et al., 2007; Araujo Junior et al., 2008).

(15)

 Aumenta a densidade do solo (Arvidson, 2001; Ishaq et al., 2001).

Projeto Ds antes Fe+S Fe+S H+F M+F F+C M+M Área

do tráfego 30 66 Proc.

Buriti 1,02 1 0 7 - - -

-Dourado 0,92 5 5 8 - - -

-S. Leonardo 1,04 8 4 8 - - -

-Estação Seca (aumento %)

Estação Chuvosa (aumento %)

Imbaúbas 1,01 22 - 21 11 - - 34

Água Suja 1,13 13 - - 21 6 1 26

Cajá Ba. 1,29 15 - - 22 18 7 26

Mg m-3

Fe+S 30 = Feller Büncher e Skidder pneus estreitos; Fe + 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.

Média 5%

(16)

 Reduz a porosidade total (Servadio et al., 2001).

Projeto PT antes Fe+S Fe+S H+F M+F F+C M+M Área

tráfego 30 66 Proc.

Buriti 61 0 0 3 - - -

-Dourado 64 3 3 5 - - -

-S. Leonardo 58 7 3 7 - - -

-Estação Seca (redução %)

Estação Chuvosa (redução %)

Imbaúbas 58 16 - 16 9 - - 24

Água Suja 56 11 - - 18 5 0 20

Cajá 51 16 - - 28 18 8 25

Fe+S 30 = Feller Büncher e Skidder pneus estreitos; Fe + 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.

(%)

Média 4%

(17)

 Reduz a porosidade total e a macroporosidade (Gontijo, 2007) V (m 3 m -3 ) 0,30 0,37 0,67 0,21 0,39 0,60 30% 5% 11 % Valmet 785

(18)



Aumenta a resistência mecânica do solo (Arvidson, 2001; Ishaq et al.,2001). 0 2 4 6 8 10 12 R P (M Pa)

Buriti S.Leonardo Grota

Sem Tráfego Tráfego 2 MPa Limite para o desenvolvimento do sistema radicular

(19)

(20)

Aumenta a energia necessária para o preparo (Stone, 1987).

(21)



Altera a estrutura do solo e o lugar onde as raízes desenvolvem

Sem tráfego

Tráfego

(22)



Reduz a infiltração de água (Defossez & Richard, 2002). Projeto TI antes F+S H+F M+F tráfego (mm/hr) % de redução

Buriti

148

80

86

77 Dourado

105

86

84 -S. Leonardo

103

80

86

76 Imbaúbas

155

100

100 Aeroporto

180

90

91

90

F+S = Feller Büncher e Skidder pneus estreitos; H+F = Harvester e Forwarder; M+F = Manual e Forwarder.

(23)



Reduz a drenagem interna e a redistribuição da água (Hillel, 1982). Latossolo Umidade, kg kg-1 24 28 32 36 40 44 48 S ucção, kPa 1 10 100 1000 10000 Não compactado Compactado AD

(24)

 Aumenta o escorrimento superficial (Defossez & Richard, 2002);

 e o risco de erosão (Dias Junior, 2000).

(25)

(26)



Restringe a penetração de raízes devido a pressão de crescimento

das raízes ser insuficiente para vencer a resistência mecânica do solo (Veen, 1982). Dose = 0 mg dm -3

GC = 95%

Dose = 0 mg dm -3

GC = 95%

Dose = 0 mg dm -3

GC = 95%

-3

GC = 65%

GC = 72%

GC = 65%

(27)

O preparo de solos compactados

resulta em

aumento de energia

e dos

custos

(28)

PREVENIR

a compactação do solo

(29)

A

prevenção

da

compactação

do solo

Modelagem da

Capacidade de Suporte de Carga do Solo

(30)

Metodologia para obtenção dos

Modelos de Capacidade de Suporte de Carga

(31)

Fotos: C.F.A. Junior & B.S.Pires

 Ensaio de Compressão Uniaxial  Amostras indeformadas coletadas em anéis de 6,4 cm de diâmetro e 2,54 cm de altura usando o amostrador de Uhland

(32)

(33)

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

Fotos: P. S. M. Pais Fotos: C.F.A. Junior & B.S.Pires

Ensaio de Compressão Uniaxial

 secas ao ar no laboratório até uma determinada umidade volumétrica ou

 equilibradas a uma determinada sucção

(34)

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.

(35)



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)

Ensaio de Compressão Uniaxial

(36)

Log Pressão Aplicada

Densidade do S

olo

Deformações Elásticas Deformações Plásticas

s

_p Curva de Compressão Secundária Curva de Compressão Virgem

(37)

Pressão, kPa 100 1000 Densidade do Solo, Mg m -3 1.0 1.2 1.4 0.34 0.27 0.18 0.05

s

_p U, kg kg-1 Curva de compressão Secundária Curva de compressão virgem

Curvas de compressão do solo para diferentes umidades

500 200

100

(38)

 (m3 m-3) 0,0 0,1 0,2 0,3

s

p (kPa) 0 200 400 600 800 s_p = 10 (2,87 - 3,96 ) R2 = 0.94**

(39)

Possibilidades de usos dos

modelos capacidade

de suporte de carga

do solo

(40)

 (m3 m-3) 0,0 0,1 0,2 0,3

s

p (kPa) 0 200 400 600 800 s_p = 10 (2,87 - 3,96 ) R2 = 0.94** s_p = 120 kPa s_p = 300 kPa ɵ = 0,14 m3 _m-3 Modelo de Capacidade de Suporte de Carga

Determinar a pressão máxima a ser aplicada ao solo para evitar que a compactação ocorra

(41)

 (m3 m-3) 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

s

p (kP a) 0 100 200 300 400 500 600 LV: 10-12,5 cm - MG LVA: 10-12,5 cm: MG PA: 5-10,0 cm: BA

Identificar a classe de solo mais resistente ou mais suscetível à compactação 130 230 290 Classe de solo mais suscetível à compactação: PA - BA Classe de solo mais resistente à compactação: LV – MG

(42)

U (kg kg-1) 0,0 0,1 0,2 0,3

s

p (kP a) 0 200 400 600 s_{p = 10}( 3.04 - 5.54 ) R2 = 0.91** sp = 10 (2.99 - 3.44 ) R2 = 0.80** PA Horiz. A Horiz. B  (m3 _m-3₎ 200 300 420 Horizonte B Mais restritivo ao desenvolvimento do sistema radicular 40

Identificar o horizonte mais restritivo ao desenvolvimento do sistema radicular

(43)

Apesar do desenvolvimento desta teoria

ainda existiam muitas perguntas sobre o

(44)

Perguntas ....

6) Qual operação da colheita florestal que causa maior compactação do solo?

2) O número de passadas influencia na compactação do solo?

3) Como identificar o módulo de colheita florestal que causa maior

compactação do solo?

4) O resíduo florestal influencia na compactação do solo?

7) Como saber se existe recuperação natural da estrutura do solo? 1) As operações mecanizadas causam ou não compactação do

solo?

(45)

U (kg kg-1) 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 s p (k Pa) 0 100 200 300 400 500 600

Capacidade de Suporte de Carga

Intervalo de Confiança 95%

As operações mecanizadas causam ou não compactação?

 (m3 _m-3₎

Região onde não há

compactação do solo

3) 3)

Região onde existe tendência em ocorrer a compactação do solo

2) 2)

Região onde já ocorreu a

compactação do solo

1) 1)

Critérios

(46)

Autocarregável LV 0 - 3 cm Umidade Volumétrica (m3 m-3) 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Pressão d e Precon solidação (kPa) 0 100 200 300 400 500 600 700 Estação Chuvosa 2008

Colheita com Harvester Resíduo casca e galho

Modelo de Capacidade de Suporte de Carga

Autocarregável 3 passadas (n = 5)

Compactado: 0%

(47)

Autocarregável LV 0 - 3 cm Umidade Volumétrica (m3 m-3) 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Pressão d e Precon solidação (kPa) 0 100 200 300 400 500 600 700 Estação Chuvosa 2008

Colheita com Harvester Resíduo casca e galho

Modelo de Capacidade de Suporte de Carga

Autocarregável 7 passadas (n = 5)

Compactado: 80%

(48)

Forwarder Harvester

Feller Büncher Skidder

Como identificar o módulo de colheita florestal que causa maior

(49)

Estação Seca Chuvosa --- (%) ---Feller e Skidder1 ₂ ₉ Harvester e Forwarder2 ₆ ₁₇ LVA – 10-12,5 cm

1 - Feller Büncher (modelo 2618 com esteira) e Skidder (modelo 460 com pneus 30.5L.32),

2 – Harvester (modelo 1270 com pneus 700x26.5) e Forwarder (modelo 1710 com pneus (750x26.5). Como identificar o módulo de colheita florestal que causa maior

(50)

2 passadas Forwarder 8 passadas Forwarder

Foto: A.R. Silva

Sem resíduos

(51)

Galhada (G)

Galhada

(52)

Galhada e Casca

(53)

Latossolo Vermelho

(Silva, 2006)

Condições de disposição de resíduos

Calhada e casca Galhada Solo sem resíduo

Camada % de amostras compactadas

10–13 cm

2 passadas de um Forwarder de pneus

0 0 30

8 passadas de um Forwarder de pneus

0 10 50

(54)

O PVA sofreu maior compactação do que o LVA Umidade Volumétrica (m3 m-3) 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Pre ss ão de P ré -c onsoli da çã o (k Pa) 0 100 200 300 400 500 600 0 - 3 cm PVA s_p = e(5,42 - 2,59) R2 = 0,93** n = 15 Dsi = 1,48 Mg m-3 LVA sp = e (6,66 - 8,01)_R2 = 0,94** (n = 15) Dsi = 1,52 Mg m-3

Feller Buncher Skidder Garra Traçadora

90% 80% 80% 30% 50% 60% LVA PVA Classe de solo Feller Buncher

Skidder Garra Traçadora Feller Buncher

(55)

Umidade (kg kg-1) 0,0 0,1 0,2 0,3 P re ss ão de P re cons olida çã o (k P a) 0 200 400 600 Argissolo Amarelo Horiz. A s_p = 10 ( 3,04 - 5,54 U ) R2 = 0,91** Intervalo de confiança 95% Feller 1996 Feller

Qual operação da colheita florestal que causa maior compactação do solo?

 (m3 _m-3₎

Modelo Capacidade Suporte Carga

(56)

Umidade (kg kg-1) 0,0 0,1 0,2 0,3 P re ss ão de P re cons olida çã o (k P a) 0 200 400 600 800 Argissolo Amarelo Horiz. B s_p = 10 ( 2,99 - 3,44 U ) R2 = 0,80** Intervalo de confiança 95% Feller 1996 Feller Compactado: 0%

(57)

Umidade (kg kg-1) 0,0 0,1 0,2 0,3 P re ss ão de P re cons olida çã o (k P a) 0 200 400 600 Argissolo Amarelo Horiz. A s_p = 10 ( 3,04 - 5,54 U ) R2 = 0,91** Intervalo de confiança 95% Processador 1996 Processador _{ (m}3 _m-3₎

Compactado: 44%

(58)

Umidade (kg kg-1) 0,0 0,1 0,2 0,3 P re ss ão de P re cons olida çã o (k P a) 0 200 400 600 800 Argissolo Amarelo Horiz. B s_p = 10 ( 2,99 - 3,44 U ) R2 = 0,80** Intervalo de confiança 95% Processador 1996 Processador Compactado: 0%

(59)

Umidade (kg kg-1) 0,0 0,1 0,2 0,3 P re ss ão de P re cons olida çã o (k P a) 0 200 400 600 Argissolo Amarelo Horiz. A s_p = 10( 3,04 - 5,54 U ) R2 = 0,91** Intervalo de confiança 95% Forwarder 1996 Forwarder  (m3 _m-3₎

Compactado: 63%

(60)

Umidade (kg kg-1) 0,0 0,1 0,2 0,3 P re ss ão de P re cons olida çã o (k P a) 0 200 400 600 800 Argissolo Amarelo Horiz. B s_p = 10( 2,99 - 3,44 U ) R2 = 0,80** Intervalo de confiança 95% Forwarder 1996 Forwarder Compactado: 4%

(61)

Medir as pressões de pré-consolidação durante um ciclo do eucalipto



Recuperação natural da estrutura do solo

FORWARDER



A operação crítica da colheita do eucalipto

(62)

F. Moreira, 2009

 Ciclos de secagem e umedecimento

Recuperação natural da estrutura do solo

 Incorporação de matéria orgânica

 Atividades biológicas

- Macrofauna: > 2 mm

- Mesofauna: 0.2 – 2 mm - Microfauna: < 0.2 mm

 Recuperação natural????

10-20 anos compactação superficial

(63)

 Compactado Umidade (kg kg-1) 0,0 0,1 0,2 0,3 P re ss ão de P re cons olida çã o (k P a) 0 200 400 600 Argissolo Amarelo Horiz. A 1996 1998 2000 2002 2004 63% 22% 11% 4% 7% 37% 74% 85% 92% 93% 0% 4% 4% 4% 0% a b c a b c s_p = 10(2,88 - 3,95 U) R2 = 0,86** (n = 76) Intervalo de confiança 95% Forwarder 1996 Forwarder 1998 Forwarder 2000 Forwarder 2002 Forwarder 2004

Como saber se existe recuperação natural da estrutura do solo?

Forwarder

(64)

 Compactado Umidade (kg kg-1) 0,0 0,1 0,2 0,3 P re ss ão de P re con solida çã o (kP a) 0 200 400 600 Argissolo Amarelo Horiz. A

Após colheita Antes colheita Após colheita

1996 2004 2004 7% 93% 0% a b c a b c 67% 33% 0% s_p = 10(2,88 - 3,95 U) R2 = 0,86** (n = 76) Intervalo de confiança 95%

Forwarder 2004 - Antes da colheita

Forwarder 2004 - Após a colheita

63%

37%

0%

Forwarder 1996 - Após a colheita

Forwarder

 (m3 _m-3₎

(65)

Mapas de isolinhas

Finalidade de estimar:



A capacidade de suporte de carga

(logística de operações)



A suscetibilidade à compactação



Resistência ao preparo

(66)

Considerações Finais

 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.

 A pressão de pré-consolidação deve ser a máxima pressão a ser aplicada ao solo para que a degradação de sua estrutura seja

(67)