Prediction of soil shear strength in agricultural and natural environments of the Brazilian Cerrado

Abstract

-The objective of this work was to develop uni-and multivariate models to predict maximum soil shear strength (t max ) under different normal stresses (σ n ), water contents (U), and soil managements. The study was carried out in a Rhodic Haplustox under Cerrado (control area) and under no-tillage and conventional tillage systems. Undisturbed soil samples were taken in the 0.00-0.05 m layer and subjected to increasing U and σ n , in shear strength tests. The uni-and multivariate models -respectively t max =10 (a+bU) and t max =10 (a+bU+cs n ) -were significant in all three soil management systems evaluated and they satisfactorily explain the relationship between U, σ n , and t max . The soil under Cerrado has the highest shear strength (t) estimated with the univariate model, regardless of the soil water content, whereas the soil under conventional tillage shows the highest values with the multivariate model, which were associated to the lowest water contents at the soil consistency limits in this management system. Index terms: cohesion limits, machine-ground interaction, mechanical resistance, precompression stress, soil compaction, soil physical quality. Predição da tensão de cisalhamento do solo em ambientes agrícola e natural do Cerrado brasileiroResumo -O objetivo deste trabalho foi desenvolver modelos uni e multivariados para estimar a tensão de cisalhamento máxima (t máx ), sob diferentes tensões normais (σ n ), conteúdos de água (U) e manejos do solo. O estudo foi realizado em Latossolo Vermelho distrófico sob Cerrado (área controle) e sob os sistemas de plantio direto e convencional. Amostras indeformadas foram retiradas na camada de 0,00-0,05 m e submetidas a U e σ n crescentes, durante ensaios de resistência ao cisalhamento. Os modelos uni e multivariados -respectivamente t máx =10 (a+bU) e t máx =10 (a+bU+cs n ) -foram significativos nos três sistemas de manejo do solo avaliados e explicam satisfatoriamente a relação entre U, s n e t máx . O solo sob Cerrado apresenta a maior tensão de cisalhamento (t) estimada com uso do modelo univariado, independentemente do conteúdo de água do solo, enquanto o solo sob manejo convencional apresenta os maiores valores com o modelo multivariado, os quais estão associados a menores conteúdos de água nos limites de consistência do solo, nesse sistema de manejo.Termos para indexação: limites de coesão, interação solo-máquina, resistência mecânica, pressão de pré-consolidação, compactação do solo, qualidade física do solo.

Experimental determination of sediment transport capacity of concentrated water flow over saturated soil slope

“…Soil erosion over saturated soil slopes usually produces a relatively smooth rill bed without abrupt headcuts (Y. H. Huang et al, 2018), decreasing the energy consumption of water flow, and results in the transportation of additional sediments. Saturated soil may also cause a reduction in soil cohesion, breakdown of soil aggregates and subsequently decrease soil strength (Bertolino et al, 2010; Da Silva, De Souza, & Iori, 2015; Froese, Cruse, & Ghaffarzadeh, 1999; Osman & Barakbah, 2011…”

Rill erosion processes on a constantly saturated slope

“…The larger sediment loads on saturated soil slopes can be attributed to the higher flow velocity that supplies additional energy to detach soil materials and transport sediments. Soil saturation also reduces soil strength for easily detaching the broken soil aggregates and increasing the detachment and sediment delivery rates (Bertolino et al, 2010; Da Silva, De Souza, & Iori, 2015; Froese, Richard, & Ghaffarzadeh, 1999; Osman & Barakbah, 2011). Soil aggregates under saturated state are likely to be disintegrated into single‐grained particles, resulting in muddy soil and significantly weakened soil strength (Auerswald et al, 1994; Rudoloph et al, 1997).…”

Manutenção da palha em superfície e seu efeito nos atributos do solo e na produtividade do canavial

“…Alguns atributos físicos são utilizados para caracterizar a compactação do solo, entre estes, a infiltração de água, a porosidade, a densidade e a resistência do solo à penetração (SILVA et al, 2015). A avaliação da resistência mecânica do solo à penetração das raízes no solo, devido à facilidade, rapidez e à possibilidade de efetuar grande número de repetições na obtenção de dados é uma das principais análises de simulação, embora possam ocorrer dificuldades na interpretação dos resultados obtidos devido à dependência desses em relação ao conteúdo de água, matéria orgânica e a textura do solo .…”

“…Quanto maior a densidade do solo, maior será a dificuldade de desenvolvimento das raízes das plantas e ao preparo, sendo por isso solos mais soltos favoráveis a mecanização, mesmo que isto implique em menor disponibilidade de água para as plantas (BOTTA et al, 2008). Determinar a qualidade física do solo em áreas cultivadas com cana-de-açúcar é de fundamental importância, sendo que para isso deve-se utilizar atributos diretamente relacionados ao crescimento das plantas e de fácil e rápida determinação (SILVA et al, 2015).…”

“…A preocupação com a compactação do solo e seus efeitos sobre os atributos físicos do solo proveniente da adoção da colheita mecanizada, no sistema de manejo da cana-de-açúcar,é bastante conhecida, no entanto, a desestruturação física do solo afeta sua qualidade química e biológica, com reflexos na produtividade da cultura e nos aspectos ambientais da produção (PACHECO; CANTALICE, 2011;VASCONCELOS et al, 2012;. A compactação caracteriza-se pela redução da qualidade estrutural do solo, comprometendo a produtividade da cultura (SILVA et al, 2015).…”