Influência de pneus radiais e diagonais na compactação do solo

Nos últimos anos, as cargas sobre o rodado foram aumentando, especialmente nas máquinas autopropelidas. A indústria de máquinas agrícolas e pneus responde a este fato com o desenvolvimento e a otimização e novos conceitos de material rodante como os pneus radiais de alta flutuação e eixos em sistema tandem, contribuindo para minimizar os impactos de altas cargas sobre o solo e reduzindo o risco de compactação.

O termo "área de contato" refere-se à área do pneu que fica em contato com a superfície de apoio do solo, sendo um importante indicador da capacidade de distribuição de carga do pneu para a superfície de contato. Além disso, é nessa área que se transmitem os esforços desenvolvidos entre o pneu e o solo. A determinação da área de contato entre o pneu e o solo desempenha um papel importante na intensidade da compactação. A estimativa da área de contato do pneu contribui para a determinação das pressões de contato, tensão-propagação e risco potencial de compactação que, por sua vez, afeta a produtividade da cultura. A tração do pneu com o solo pode ser aumentada pelo aumento da área de contato. Adicionalmente, o consumo de combustível de tratores é dependente da resistência ao rolamento que, por sua vez, é função da área de contato entre o solo e o pneu.

A utilização de pneus com maior diâmetro e mesma largura ocasiona maior área de contato, uma vez que o comprimento da área de contato é diretamente proporcional ao seu diâmetro. Ensaios de pneus de diferentes tipos construtivos: radiais, diagonais e diagonais cinturados BPAF (Baixa Pressão e Alta Flutuação) auxiliam a indústria a procurar melhorias na estrutura e compostos, buscando tecnologias mais adequadas à realidade do consumidor. Nesse sentido, o setor agrícola demanda resultados técnicos atuais para nortear a melhor opção de investimento em rodados que reduzam os efeitos da compactação do solo e que contribuam para uma maior produtividade.

Para analisar os fatores que ajudam a diminuir a compactação, um grupo de pesquisadores da Unesp desenvolveu um trabalho com o objetivo de avaliar a compactação do solo, a área de contato pneu/solo, a deformação elástica e o recalque proporcionado por pneus diagonais cinturados (BPAF) e radiais.

O ensaio foi realizado no Núcleo de Ensaio de Máquinas e Pneus Agroflorestais (Nempa), Unesp, Campus de Botucatu (SP). Para a determinação das variáveis estudadas dos pneumáticos foram utilizadas uma prensa hidráulica e uma caixa de solo. A caixa foi preenchida com amostra do solo classificado como Latossolo Vermelho (LV), segundo com 35% de argila, 62% de areia e 3% de silte, apresentando teor de água de 0,10kg/kg, sendo dividido em quatro camadas de 0,10m de altura. Após o preenchimento de cada camada da caixa, foi utilizado um rolo compactador para nivelar e compactar o solo com uma densidade média de 1,4kg/dm3.

Foram utilizados quatro diferentes tipos de pneus, sendo dois diagonais cinturados de baixa pressão e alta flutuação (BPAF): 600/55-26.5 e 600/50-22.5 e dois de construção radial: 600/55R26.5 e 600/50R22.5, ambos da marca Trelleborg.

A carga aplicada nos pneumáticos foi definida baseada na carga média de 53kN (5.400kgf) por pneu, a partir de dados coletados em dez pesagens realizadas em usinas no estado de São Paulo, obtidas em caminhões para transbordo de dois eixos traseiros, carregados, com capacidade líquida de 117,70kN (12.000kgf) e 32m3 de capacidade volumétrica. As pressões foram definidas conforme indicado pelas tabelas do fabricante (Trelleborg, 2013).

Cada pneu ensaiado foi colocado no eixo da prensa e por meio do sistema hidráulico foram aplicadas cargas (Tabela 1) obtendo a impressão da banda de rodagem do pneu e o recalque sobre a superfície deformável. Após cada prensagem foram obtidas imagens de cada área de contato utilizando-se uma câmera fotográfica digital apoiada em uma plataforma fixa e elevada na estrutura da prensa hidráulica.

As imagens digitais foram transferidas para um microcomputador e as leituras gráficas dessas áreas de contato foram obtidas utilizando o programa computacional. Para a avaliação dos recalques na amostra de solo da caixa utilizou-se um perfilômetro e para a determinação das deformações totais foi acoplada uma escala graduada na estrutura da prensa hidráulica.

Após cada prensagem do pneu sobre a amostra de solo foi determinada a resistência do solo à penetração (índice de cone) utilizando-se de um penetrômetro eletrônico com a aquisição e armazenamento dos dados. Esta operação avaliou a resistência do solo à penetração na área de contato pneu/amostra de solo e externamente a testemunha, com a finalidade de se obter o incremento da resistência do solo à penetração de cada contato do pneu após sofrer as cargas impostas pela prensa. Foram mensurados 12 pontos obtendo os valores de índice de cone em seis pontos longitudinalmente na linha central da prensagem do pneu, alternando garras e entre as garras dos pneus, e seis pontos transversalmente a uma distância de 10cm entre cada perfuração na parte de maior recalque dos pneus. Para determinação dos valores de incremento à compactação do solo foram realizadas quatro perfurações aleatórias fora do local de deformação do solo (testemunha).

Os valores para as áreas de contato pneu-solo, deformações elásticas, recalque e incremento da resistência do solo à penetração dos pneus são apresentados na Tabela 2.

Os tratamentos R2 e D2 apresentaram maior área de contato em comparação aos demais (Tabela 2) e não diferiram entre si, sendo que o tratamento R1 apresentou uma área de contato 14% menor e o tratamento D1 apresentou área de contato 15% menor em relação ao tratamento R2.

Os menores incrementos da resistência do solo à penetração foram obtidos no tratamento R2, já o tratamento D1 apresentou a maior resistência à penetração da amostra de solo da caixa. O tratamento R1 obteve maior deformação e menor incremento de resistência à penetração quando comparado com o tratamento D1, de mesmo diâmetro de aro.

Apesar de todos os pneus possuírem a mesma largura de banda de rodagem sem carga, o diâmetro dos pneus nos tratamentos R2 e D2 eram maiores que nos demais tratamentos, possuindo uma capacidade de carga superior aos demais, o que possibilitou trabalhar com pressão de inflação inferior aos demais tratamentos, contribuindo para o aumento da impressão da área de contato tanto na largura como no comprimento, para maior deformação elástica e consequentemente menor recalque e incremento de resistência do solo à penetração (Tabela 2).

Conforme demonstrado na Figura 1, o tratamento R2 apresentou um Índice de Cone abaixo de 2MPa, indicando que em camadas superficiais o pneu de maior diâmetro e construção radial obteve melhores resultados. O tratamento D1 apresentou Índice de Cone de 2,83MPa na profundidade de 0,10m, sendo o maior valor obtido entre os todos os tratamentos e o tratamento R1 não atingiu valores superiores a 2MPa. Valores superiores a 2MPa de Índice de Cone têm sido associados às condições impeditivas para o crescimento das raízes, prejudicando a parte aérea das plantas, conforme relatos de vários pesquisadores da área.

Figura 1 - Valores de Índice de Cone para os tratamentos D1, R1, D2 e R2 em relação à profundidade na caixa de solo
Figura 1 - Valores de Índice de Cone para os tratamentos D1, R1, D2 e R2 em relação à profundidade na caixa de solo
Prensa hidráulica pressionando o pneu na caixa de solo durante experimento.
Prensa hidráulica pressionando o pneu na caixa de solo durante experimento.

CONCLUSÕES

Os aros com maiores diâmetros apresentaram os melhores resultados. O pneu de construção radial, com aro de 26,5” de diâmetro, destacou-se apresentando maior área de contato, maior deformação elástica e menor recalque, por conseguinte, contribuindo para minimizar os efeitos da compactação, avaliada pela resistência do solo à penetração. O pneu diagonal cinturado (BPAF) e aro 22,5” obteve o mais elevado incremento de resistência à penetração da amostra de solo e a menor deformação elástica. Os resultados evidenciam e confirmam que a correta utilização de tipos construtivos e modelos de pneus minimiza a compactação do solo.


Thiago Martins Machado - UFMT; Mauro Bueno Oliveira - Trelleborg; Kléber Pereira Lanças - Unesp; José Augusto Artioli - Trelleborg; Indiamara Marasca - UniRV


Artigo publicado na edição 168 da Cultivar Máquinas

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