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Avances en Investigación Agropecuaria 2023. 27: 105-118
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https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
http://doi.org/10.53897/RevAIA.23.27.24
Compresión vertical inducida al suelo durante
la cosecha mecánica de Saccharum spp. en el
Valle del Cauca, Colombia
Vertical Compression Induced to the Soil During the Mechanical
Harvesting of Saccharum spp. in Valle del Cauca, Colombia
Sebastian Saavedra-Rincón* https://orcid.org/0000-0001-6911-2818
Óscar Chaparro-Anaya https://orcid.org/0000-0001-5834-0786
Universidad Nacional de Colombia – Sede Palmira. Palmira, Valle del Cauca, Colombia.
*Autor de correspondencia: ssaavedrar@unal.edu.co
Recepción: 30 de abril de 2023
Aceptado: 9 de junio de 2023
Resumen
Objetivo. Caracterizar los esfuerzos verticales
transmitidos al suelo por la maquinaria agríco-
la empleada durante la operación de cosecha
mecánica de Saccharun spp. (caña de azúcar)
con vagones autovolteo en dos suelos del Valle
del Cauca, Colombia, mediante el desarrollo
de un dispositivo electrónico para la medición
de esfuerzos de compresión en el suelo. Mé-
todos. Los componentes empleados para la
construcción del sensor fueron: una placa mi-
crocontroladora, un módulo amplificador de
señales eléctricas AD620, una pantalla LCD,
un transductor de esfuerzos de compresión con
capacidad nominal de 10 Mg. Se cuantificaron
los esfuerzos de compresión trasmitidos al suelo
por el sistema de cosecha de caña con vagones
autovolteo en dos suelos hasta los 50 cm de pro-
fundidad y se relacionaron con el fenómeno de
compactación a través de las propiedades densi-
Abstract
Objective. To characterize the vertical forces
transmitted to the soil by agricultural machi-
nery used during the mechanical harvesting
operation of Saccharum spp. (sugarcane) with
self-turning wagons in two soils of the Valle del
Cauca, Colombia, through the development of
an electronic device for measuring compression
forces in the soil. Methods. The components
used for the construction of the sensor were:
a microcontroller board, an AD620 electric
signal amplifier module, an LCD screen, and
a compression force transducer with a nominal
capacity of 10 Mg. The compression forces
transmitted to the soil by the sugarcane harves-
ting system with self-turning wagons were quan-
tified up to a depth of 50 cm and were related
to the phenomenon of compaction through the
properties of apparent density in wet condi-
tions and mechanical resistance to penetration.
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dad aparente en húmedo y resistencia mecánica
a la penetración. Resultados. Se encontró que
la llanta trasera del tractor transmitió los mayo-
res esfuerzos de compresión. A la profundidad
de 15 cm los valores fueron de 120.42 kPa y
108.29 kPa, mientras que a 50 cm fueron de
35.52 kPa y 29.46 kPa. Los esfuerzos trasmi-
tidos por la maquinaria elevaron los valores de
densidad aparente en húmedo y la resistencia
mecánica a la penetración por encima de los
valores críticos para el desarrollo de la caña de
azúcar. Conclusión. El tránsito intensivo de
maquinaria sobre el suelo induce esfuerzos de
compresión verticales, que pueden resultar en
la compactación de la masa de suelo.
Palabras clave
Compactación, edafología, presión de contacto,
maquinaria agrícola.
Results. It was found that the rear tire of the
tractor transmitted the highest compression
forces. At a depth of 15 cm, the values were
120.42 kPa and 108.29 kPa, while at 50 cm,
they were 35.52 kPa and 29.46 kPa. The for-
ces transmitted by the machinery increased the
values of apparent density in wet conditions and
mechanical resistance to penetration above cri-
tical values for the development of sugarcane.
Conclusion. The intensive traffic of machinery
on the soil induces vertical compression forces,
which can result in soil compaction.
Keywords
Compaction, edaphology, contact pressure,
agricultural machinery.
Introducción
Cuando la maquinaria agrícola se desplaza sobre el suelo, ejerce una presión sobre la
superficie de contacto de sus sistemas de rodamiento. Esta presión depende del peso y
la presión de inflado o contacto de la maquinaria y se distribuye de manera similar a
una parábola. Los valores más altos se registran en la superficie del suelo y en el centro
geométrico de la huella generada por los sistemas de rodamiento, ya sean llantas u orugas.
A medida que se profundiza en el perfil del suelo y se aleja de los bordes de la huella, la
magnitud de la presión disminuye (Koolen y Kuipers, 1983; Calderón y Yañez, 2019;
Keller et al., 2019).
La compactación de los suelos agrícolas está estrechamente relacionada con la
presión ejercida por la maquinaria agrícola sobre la masa de suelo. La magnitud de la
compactación depende de factores como la textura, la estructura y la humedad del suelo
al momento del tránsito de la maquinaria. La compactación puede tener consecuencias
negativas en las producciones agrícolas, ya que reduce la porosidad del suelo, dificulta
la infiltración de agua y aire, y limita el crecimiento y desarrollo de las plantas. Todo
esto puede llevar a una disminución de los rendimientos y una pérdida de calidad en las
cosechas (Saavedra y Chaparro, 2022).
La compactación del suelo es especialmente preocupante en sistemas de producción
agrícola que utilizan maquinaria pesada y realizan múltiples pasadas sobre una misma
unidad de suelo. Este es el caso de los sistemas de producción de Saccharum spp. (caña
de azúcar) durante la cosecha, cuando se emplean equipos de gran tamaño y masa. La
intensidad de tráfico (IT) en estos sistemas puede ser muy alta, lo que provoca un aumento
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de la resistencia a la penetración y la densidad del suelo, lo que a su vez puede limitar
el crecimiento y desarrollo de las plantas de caña de azúcar (López-Bravo et al., 2022).
En Colombia, la producción de caña de azúcar es una actividad agrícola intensiva
que se concentra en el valle geográfico del río Cauca, para las operaciones de cosecha
mecánica de la caña se utiliza una flota de maquinaria compuesta normalmente por una
cosechadora, dos tractores y vagones de autovolteo para la carga y transporte del material
cosechado. Durante la ejecución de la operación de cosecha, la maquinaria sigue un patrón
de navegación que origina diferentes IT distribuidas espacialmente sobre la masa de suelo.
Este patrón de navegación puede tener un impacto significativo en la compactación del
suelo y, por lo tanto, en la calidad y productividad del cultivo.
Se reporta que la máxima IT durante una operación convencional de cosecha
mecánica en el valle geográfico del rio Cauca puede alcanzar valores de 745.45 Mg.km/
ha; magnitudes que corresponden al tránsito sucesivo de la cosechadora (dos veces), el
tractor (cuatro veces) y el vagón de autovolteo (cuatro veces) sobre una misma unidad
de suelo; valores de IT que favorecen la compactación al incrementar la densidad y la
resistencia mecánica a la penetración del suelo hasta una profundidad de 50 cm (Rodríguez
y Valencia, 2012; Saavedra y Chaparro, 2022).
La producción de alimentos de manera sostenible en un mundo con recursos escasos
y un clima cambiante representa un gran desafío. Las tecnologías de la información
ofrecen a la agricultura la oportunidad de proporcionar soluciones innovadoras a estos
desafíos complejos. Es esencial que las ciencias aplicadas a la agricultura respalden el
diseño y uso de tecnologías digitales para lograr resultados beneficiosos en la producción
agrícola, minimizar los impactos negativos en el medioambiente y evitar consecuencias
no deseadas como la compactación del suelo. Por lo tanto, la investigación y el desarrollo
de tecnologías agrícolas bajo el concepto de la agricultura digital deben ser una prioridad
para satisfacer la creciente demanda de alimentos y contribuir a la sostenibilidad de la
agricultura (Shepherd et al., 2018).
El objetivo de la investigación fue caracterizar los esfuerzos verticales transmitidos al suelo
por la maquinaria agrícola empleada durante la operación de cosecha mecánica de caña de
azúcar con vagones autovolteo en dos suelos del Valle del Cauca mediante el desarrollo de
un dispositivo electrónico para la medición de esfuerzos de compresión en el suelo.
Materiales y métodos
Desarrollo del sensor de esfuerzo de compresión
En la construcción del sensor de esfuerzo de compresión se utilizaron los siguientes
componentes: una placa microcontroladora basada en el chip ATmega328P que recibe
señales eléctricas y las convierte en señales analógicas, un módulo amplificador de seña-
les eléctricas AD620, una pantalla LCD, un transductor de esfuerzos de compresión
con capacidad nominal de 10 Mg y sensibilidad nominal de 2 ± 0.1 mV/V, que está
protegido por un soporte antivuelco de acero inoxidable con una superficie de contacto
de 160 cm2. Además, se incluyó una batería de 12 V y una computadora en el proceso.
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La programación de la placa microcontroladora para relacionar los datos análogos
con esfuerzos de compresión, se realizó en el ecosistema de creación electrónica de código
abierto Arduino, que se basa en el lenguaje de programación C++ y la calibración
del sensor de esfuerzo de compresión se realizó con una maquina universal de ensayos
(compresión) con capacidad de 100 kN, donde se sometió al sensor a esfuerzos que
alcanzaron hasta aproximadamente los 1 230.11 kPa. Los datos que arrojaron la máquina
universal y el sensor de esfuerzos se sometieron a un análisis de varianza, una prueba
de correlación de Pearson, y se estimó el error estándar como indicador del grado de
diferencia del valor medido por el sensor con respecto al parámetro considerado real (valor
de la maquina universal de ensayos).
Área de estudio
El área de estudio se localizó en el departamento del Valle del Cauca, Colombia, y com-
prendió dos porciones de suelo sembrados con caña de azúcar para producción orgánica
con la variedad CC 05-430. En cada porción de suelo se estableció una selección aleatoria
sistemática de tres lugares de ensayo contiguos, ubicados en el centro de tres entresurcos
diferentes para ser sujetos de estudio, durante la operación de cosecha mecánica. Según
las coordenadas geográficas WGS84 la primera porción de suelo (suelo A) se ubicó en
3°34'20.64" longitud N - 76°16'19.92" latitud O y la segunda porción (suelo B) en
3°35'54.24" longitud N - 76°18'55.08" latitud O.
El suelo A está ubicado en un área con propiedades biofísicas relativamente homogé-
neas, que se puede caracterizar por cobijar suelos de textura franca fina y franca fina sobre
arcillosa y con contenido de arcilla menor del 35%; moderadamente bien drenados y bien
drenados, así como moderadamente profundos y profundos; se encuentran ubicados en
un relieve plano (pendientes de 0-1%) con permeabilidad alta, moderada y baja; dentro
de una región con déficit de humedad y rendimientos promedios de 130 Mg de caña
de azúcar por hectárea. El suelo B en un área con suelos de texturas finas y contenidos
de arcilla entre 35 y 60%, moderadamente drenados y bien drenados, moderadamente
profundos y bien profundos; con permeabilidades altas, moderadas y bajas; dentro de una
región con humedades menores a 200 mm/año y rendimientos promedios de 142 Mg de
caña de azúcar por hectárea (Carbonell-González et al., 2011).
Cargas y presiones de inflado y contacto
En la operación de cosecha se usó una maquina cosechadora con una presión estimada
de contacto entre la oruga y el suelo de 156.9 kPa, un tractor con presiones de inflado
de 103.4 kPa (llantas delanteras) y 158.6 kPa (llantas traseras) y un vagón autovolteo
con presión de 296.5 kPa en sus llantas delanteras y traseras.
Muestreo y variables de interés
En las dos porciones de suelo seleccionado, para cada lugar de ensayo, las variables de
interés fueron resistencia mecánica a la penetración promedio (RP) a 50 cm de profun-
didad, densidad aparente en húmedo (DaH) estimada hasta los 5 cm de profundidad
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y esfuerzos de compresión causados por el tránsito de la maquinaria estimados hasta los
50 cm de profundidad. La medición con el sensor de los esfuerzos de compresión cau-
sados, se realizaron de la siguiente forma: para cada porción de suelo se evaluaron los
esfuerzos inducidos por el tránsito de la maquinaria a una velocidad de 1 km/h en el
siguiente orden: primero maquina cosechadora e inmediatamente después el tractor con
el vagón autovolteo, a tres profundidades (15, 30 y 50 cm), cada profundidad evaluada
correspondió a un lugar de ensayo. Se recolectó información sobre las condiciones ini-
ciales (testigo) del suelo A y B en términos de RP y DaH y posteriormente cada lugar
de ensayo se sometió a tres IT diferentes. Para cada IT se hizo muestreo de las variables
RP y DaH en cada lugar de ensayo pertenecientes al suelo A y B, lo anterior dando lu-
gar a los tratamientos (cuadro 1) del experimento y configurando el diseño experimental
como completamente al azar.
Para ubicar el sensor, se excavaron orificios en cada lugar de ensayo; los datos de DaH
con los cilindros se tomaron directamente sobre la masa de suelo ubicada encima del sensor, y
los datos de RP se tomaron en las proximidades de la masa de suelo donde se ubicó el sensor.
Para propósitos de caracterización, en el suelo A y B se tomó una muestra dentro de
las fronteras espaciales de los lotes antes de la operación de cosecha mecánica, para conocer
en términos generales los contenidos de humedad por unidad de masa de suelo (%W),
siguiendo el método planteado por Lucero-Vega et al. (2017), y los límites de los estados
de consistencia plástico y líquido, siguiendo el método planteado por Hernández-Sánchez
et al. (2019), así como su distribución de tamaño de partículas, siguiendo el método de
Bouyoucos. Además, se realizó una medición de los esfuerzos de compresión causados
directamente sobre el sensor, haciendo coincidir la superficie de contacto del soporte
antivuelco que protege la celda de carga con la superficie del suelo.
Cuadro 1
Tratamientos del experimento
Tratamientos Descripción IT (Mg.km/ha)
Testigo Condiciones iniciales antes de cosecha mecanizada 0.00
IT1 Dos pasadas de cosechadora, tractor y vagón autovolteo 478.79
IT2 Dos pasadas de cosechadora y tres pasadas de tractor
y vagón autovolteo 612.12
IT3 Dos pasadas de cosechadora y cuatro pasadas de tractor
y vagón autovolteo 745.45
*Valores de IT corresponden a las planteadas por Saavedra y Chaparro (2022).
Para la medición de RP se usó un sensor penetrómetro electrónico para mediciones
en el sitio con las siguientes especificaciones técnicas: ángulo de cono de 60° y 1 cm2 de
superficie de cono (Davidson, 1965); para la estimación de la DaH se usó un cilindro
de acero inoxidable con puntas afiladas, con las siguientes dimensiones: diámetro de 5
cm, altura de 5 cm y volumen aproximado de 392 cm3.
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Análisis de la información
Las variables RP, DaH se sometieron a pruebas de la estadística descriptiva para el total
de los datos y discriminados por tratamiento, la variable RP se sometió a prueba Shapiro-
Wilk de distribución normal (α = 0.05) para el total de los datos y análisis de varianza
para determinar la significatividad estadística (α = 0.05) de las diferencias observadas
entre los tratamientos. Cuando existieron diferencias significativas, se utilizó la prueba
Post Hoc de Diferencia Honesta Significativa de Tukey (α = 0.05) para perfilar cuál
o cuáles tratamientos fueron diferentes entre sí.
Los datos de esfuerzos de compresión causados se graficaron con relación al tiempo,
durante el tráfico sobre los lugares de ensayo para cada una de las profundidades evaluadas;
se estimaron los esfuerzos máximos causados para cada profundidad y se relacionaron con
los esfuerzos causados directamente sobre el sensor a través del indicador %amortiguación
que matemáticamente se expresa según la ecuación 1, donde i hace referencia a la
profundidad evaluada.
esfuerzo causadoi
%amortiguación = (1- ______________________________)*100 Ec. (1)
esfuerzo causado sobre la superficie
Las pruebas de la estadística descriptiva y normalidad, los análisis estadísticos para
determinar diferencias significativas entre los tratamientos y los métodos para correlacionar
los datos del sensor y la maquina universal de ensayos, se programaron con los módulos
especializados del ecosistema Python (Python 3.9.5): pandas v1.2.4, SciPy v1.20.3,
NumPy v1.20.0, statsmodels v0.12.2 y scikit-learn v1.1.1.
Resultados
Desarrollo del sensor de esfuerzo de compresión
La combinación de los elementos eléctricos, electrónicos y la programación del micro-
controlador dieron lugar a un sensor de esfuerzo de compresión (figura 1), con una ca-
pacidad máxima de 6 131.25 kPa (equivalente a una señal eléctrica de 5 V y una señal
análoga de 1 023) y una sensibilidad de 5.13 kPa (equivalente a una señal eléctrica de
4.88 mV y una señal análoga de 1), capaz de mostrar los información capturada a razón
de un segundo por dato en una pantalla LCD y transmitir la información a una computa-
dor para su almacenamiento. El coeficiente de correlación de Pearson arrojó un valor de
0.99, que indica una cuasi correlación positiva perfecta entre los datos registrados por el
sensor durante la calibración con la maquina universal de ensayos. El error estándar de
los datos del sensor con respecto a los datos de la maquina universal de ensayos durante
la calibración fue de 10.31 kPa.
Base de datos – variables de interés
Para cada porción de suelo (A y B) se recolectó: 12 datos para la propiedad DaH, cua-
tro datos por lugar de ensayo y un dato por tratamiento; 60 datos para la propiedad RP,
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20 datos por lugar de ensayo y cinco datos por tratamiento; para los esfuerzos causados
se recolectó un total de 69 datos, 23 por lugar de ensayo, 11 datos para IT1, seis datos
para IT2 y seis para IT3; para un total de 138 datos por porción de suelo y 276 datos
para la totalidad del experimento.
Figura 1
Sensor de esfuerzo de compresión en calibración con máquina universal de ensayos
Condiciones iniciales y estadística descriptiva
Las condiciones iniciales de las propiedades DaH y RP para el suelo A son de 1.43
Mg/m3 y 1.54 MPa, respectivamente; y para el suelo B son de 1.36 Mg/m3 y 1.39
Mpa. Al momento de la experimentación %W en el suelo A fue de 25.81% y en el B
de 19.96%. La distribución de partículas en el suelo A fue: arcilla 21.6%, limo 46.0%
y arena 32.4%; y en el suelo B: arcilla 48%, limo 26 % y arena 26%. Los limites plás-
ticos y líquidos en el suelo A en términos %W fueron: 25 y 41%, respectivamente; y en
el suelo B de 16.5 y 39.8%, respectivamente. La estadística descriptiva de las bases de
datos se presenta en el cuadro 2.
Análisis de varianza – resistencia mecánica a la penetración
Se puede decir para la variable RP, por la cantidad de datos, que la media de la distribu-
ción de la muestra tiende a ser normal y simétrica; por lo que las bases de datos cumplie-
ron con los supuestos para ser sometida a pruebas de la estadística (Diez et al., 2019).
Los análisis de varianza para la variable RP en los suelos A y B (cuadro 3)
evidenciaron que existieron diferencias significativas entre los tratamientos evaluados du-
rante la cosecha mecánica de caña de azúcar. Las diferencias estadísticas (cuadro 3) se
manifestaron entre el testigo y las diferentes IT.
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Cuadro 2
Estadística descriptiva bases de datos – suelo A y B
Suelo A Suelo B
DaH (Mg/m3) RP (Mpa) DaH (Mg/m3) RP (Mpa)
Media 1.57 2.06 1.56 2.48
Mediana 1.57 2.11 1.58 2.48
Moda 1.43 0.87 1.37 1.62
Desviación estándar 0.12 0.65 0.13 1.07
Simetría 0.05 -0.23 -0.62 0.76
Normalidad P-valor NA 0.55 NA 0.01
Mínimo 1.43 0.66 1.36 0.83
Máximo 1.73 3.41 1.71 5.44
*NA: No aplica.
Pese a la ausencia generalizada de diferencias estadísticas en términos de las
magnitudes de RP entre los tratamientos IT1, IT2 e IT3 para cada uno de los suelos,
se notó una tendencia al aumento de su magnitud en la medida que se incrementó la IT
(cuadro 3); siendo menor en IT1, intermedio en IT2 y mayor en IT3. Frente al caso
particular del suelo A, con relación al testigo IT1, IT2 e IT3, las diferencias entre las
condiciones iniciales y posteriores, según los resultados, se debieron a la contribución de
los tratamientos, esto por la similitud entre sus errores experimentales. Para el suelo B, en
dichas diferencias y según los resultados, además de la contribución de los tratamientos
también hubo mayor presencia de la variabilidad aleatoria, esto por lo diverso del error
experimental del testigo frente a IT1, IT2 e IT3.
Cuadro 3
Diferencias entre tratamientos: variable RP – Suelo A y B
Suelo A
Estadísticos Testigo IT1 IT2 IT3 Valor P
Medía ± EE (Mpa) 1.54±0.18a 2.01±0.17a 2.09±0.17b 2.14±0.16b <0.001
Suelo B
Estadísticos Testigo IT1 IT2 IT3 Valor P
Medía ± EE (Mpa) 1.39±0.09a 2.57±0.22b 2.77±0.21b 3.20±0.30b <0.001
*IT: Intensidad de tráfico.
*EE: Error experimental.
*Media en filas con letras minúsculas diferentes indican diferencias significativas según prueba de Tukey
(α = 0.05).
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Caracterización de los esfuerzos de compresión inducidos por la maquinaria
El comportamiento temporal de los esfuerzos de compresión inducidos por el tránsito de
la cosechadora, el tractor y el vagón autovolteo, sobre los lugares de ensayo de los suelos
A y B en las profundidades y tratamientos evaluados, se pueden observar en la figura 2.
Los máximos esfuerzos registrados (cuadro 4) en el suelo A fueron inducidos por el
tratamiento IT3 y en el suelo B fueron inducidos por el tratamiento IT1. En términos
porcentuales, el efecto amortiguador de la masa de suelo se puede observar en el cuadro
4, tanto su media como discriminado por profundidades evaluadas.
Cuadro 4
Esfuerzos máximos inducidos durante la operación de cosecha mecánica
Profundidad Cosechadora Tractor Vagón autovolteo
Suelo A
IT3 (kPa)
Suelo B
IT1 (kPa)
Suelo A
IT3 (kPa)
Suelo B
IT 1 (kPa)
Suelo A
IT3 (kPa)
Suelo B
IT1 (kPa)
Superficie 163.09 266.10 187.00
15 cm 29.46 53.72 120.42 108.29 53.72 53.72
30 cm 17.33 41.58 84.03 77.97 53.72 47.65
50 cm 11.27 11.27 35.52 29.46 41.59 29.46
%Amortiguación
Profundidad Cosechadora Tractor Vagón autovolteo
Suelo A
IT3 (%)
Suelo B
IT1 (%)
Suelo A
IT3 (%)
Suelo B
IT1 (%)
Suelo A
IT3 (%)
Suelo B
IT1 (%)
15 cm 81.94 67.06 54.75 59.30 71.27 71.27
30 cm 89.37 74.50 68.42 70.70 71.27 74.51
50 cm 93.09 93.09 86.65 88.92 77.76 88.92
Media 88.13 78.22 69.94 72.97 73.43 78.23
*IT: Intensidad de tráfico.
*Los esfuerzos del tractor y vagón autovolteo corresponden a los generados por una de sus llantas traseras.
Discusión
El suelo A en términos generales se clasificó como franco y el suelo B como arcilloso, lo
anterior debido a sus distribuciones de tamaños de partículas (Hillel, 2013). Los conte-
nidos de humedad en los suelos A y B, al momento de las operaciones de cosecha, estu-
vieron cercanos al límite plástico, lo que pudo mitigar el efecto de los esfuerzos inducidos
sobre la compactación en los suelos estudiados, al posiblemente no lograr una deformación
plástica sin recuperación elástica (Villagra-Mendoza et al., 2023).
El análisis de varianza para la variable RP (cuadro 3) evidenció diferencias
significativas entre los tratamientos para los dos suelos de estudio. Para el suelo A,
las diferencias se expresaron entre testigo e IT1 con IT2 e IT3; para el suelo B, las
diferencias significativas se expresaron entre testigo con IT1, IT2 e IT3. En términos
globales, la experimentación señaló diferencias significativas entre los tratamientos y el
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testigo, pero no entre los tratamientos; esto acorde a lo concluido por López Báez et al.
(2018) en cuanto la compactación tanto en la superficie como en el subsuelo es originada
principalmente por el laboreo intensivo de los suelos. Por otro lado, se observa (cuadro
3) que los valores de RP incrementan en la medida que las intensidades de tráfico son
mayores, de la misma forma que Rodríguez y Valencia (2012) advierten, en cuanto la
menor compactación se causa por IT bajas.
Las magnitudes de los valores de DaH en ambos suelos son similares en sus
estadísticos, bien se puede decir que la propiedad, densidad aparente en los suelos,
evaluada de la forma convencional no captura una porción significativa que permita un
adecuado estudio de la compactación (Cueto et al., 2009; Draghi et al., 2015). En este
sentido, para este estudio no se percibió que la DaH influenciara la susceptibilidad a la
compactación; además, se advirtió que los suelos ya estaban en proceso de compactación
con valores de densidad aparente cercanos a los 1.45 Mg/m3 (Panziera et al., 2020).
Valores de resistencia mecánica a la penetración superiores a 2.50 MPa son restrictivos
para el crecimiento de las raíces en cultivos de caña de azúcar (Panziera et al., 2020).
En el suelo A, para cada IT, no se alcanzaron esas magnitudes, siendo el mayor valor
de RP igual a 2.14 MPa; en el suelo B se superaron esas magnitudes desde IT1,
pasando por IT2 hasta llegar a IT3, siendo el mayor valor de RP igual a 3.20 MPa,
valor correspondiente a IT3 (cuadro 3). Este comportamiento coincide con lo planteado
por Masola (2020), cuando menciona que la susceptibilidad a la compactación aumenta
con el contenido de arcilla. Por lo que es necesario plantear estrategias de mecanización
diferencial, de acuerdo con las condiciones del suelo: contenido de humedad y textura.
La susceptibilidad a la compactación pareció ser determinante en los esfuerzos
inducidos al suelo por el tránsito de la maquinaria durante la operación de cosecha
mecánica. Pese a que el comportamiento de los esfuerzos inducidos (figura 2) fue similar
en los dos suelos estudiados; los momentos, en términos de IT, en los que se alcanzaron
los esfuerzos inducidos máximos fueron diferentes. Para el suelo A, menos susceptible a
la compactación, se requirió mayor carga para generar compresión; contrario a lo ocurrido
en el suelo B, que logró valores de compresión altos desde el primer momento que se
sometió a cargas externas.
Los valores de esfuerzos inducidos por la maquinaria en la superficie (cuadro 4) medidos
con el sensor, señalaron similitud con las presiones de contacto y de inflado; sin embargo,
se logra percibir que existió una transferencia de carga del vagón autovolteo hacia el tractor.
En cuanto el tractor se mueve y tira un implemento, ocurre un cambio en la distribución de
cargas sobre su sistema de rodamiento, a lo que se llama transferencia de carga; cuando el
implemento se ubica en la parte posterior del tractor, la transferencia ocurre del implemento
hacia el eje trasero del tractor (Alcock, 1986). Con ayuda del sensor, para este estudio,
la transferencia de carga del vagón al tractor se estimó en 36.26% y, concordando con
lo reportado por Gysi et al. (2001), en cuanto a los esfuerzos provocados por una llanta
de tractor con presión de inflado de 180 kPa son 3.1 veces superiores en la superficie,
comparados con los esfuerzos inducidos a una profundidad de 30 cm en el suelo; para este
estudio los valores comparativos fueron: suelo A con 3.17 veces y suelo B con 3.41 veces.
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Figura 2
Esfuerzos de compresión inducidos durante el tránsito de la maquinaria a tres
profundidades
*Las gráficas del margen derecho corresponden al suelo A y margen izquierdo al suelo B.
**C: oruga cosechadora; TD: llanta delantera del tractor; TT: llanta trasera del tractor; VD: llanta delantera
del vagón y VT: llanta trasera del vagón.
La distribución espacial de los esfuerzos de compresión en la vertical, en los suelos
A y B (cuadro 4), pudo ser caracterizada gracias al sensor de esfuerzos de compresión
y mostró una distribución cuasi parabólica; es decir, la propagación de la compactación
tendió a ser mayor en los estratos superficiales y menor en los subsuperficiales; distribución
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que coinciden con lo reportado por Koolen y Kuipers (1983), Keller et al. (2019) y
Seehusen et al. (2019).
La media del indicador %amortiguación (cuadro 4) parece señalar que el suelo
soporta mejor los esfuerzos mecánicos inducidos de bajas magnitudes, al expresar valores
más altos para la maquina cosechadora (88.13 y 78.22%), el vagón autovolteo (73.43
y 78.23%) y valores más bajos para el tractor (69.94 y 72.97%).
Según Shahgholi y Abuali (2015), cuando existen esfuerzos externos el suelo se
comprime y en usencia de ellos el suelo se expande, dependiendo este comportamiento de
la cantidad de puntos de contacto entre los sólidos, íntimamente relacionado con su textura
(Ellies Sch et al., 2000). Lo mencionado y los resultados obtenidos de la distribución
de los esfuerzos (cuadro 4 y figura 2), sugiere que, en los suelos menos susceptibles a
la compactación por sus condiciones texturales (como el suelo A), la propagación de
los esfuerzos de compresión es menor por la cantidad de puntos de contacto entre los
sólidos (arcilla 21.6%, limo 46.0% y arena 32.4%); por ende, requiere de mayor IT
(745.45 Mg.km/ha1) para alcanzar los máximos esfuerzos (cuadro 1 y cuadro 4); en
comparación con los suelos más susceptibles a la compactación (como el suelo B), donde
la propagación de los esfuerzos de compresión fue mayor, posiblemente debido a una
mayor cantidad de puntos de contacto entre los sólidos (arcilla 48%, limo 26 % y arena
26%); en consecuencia, con IT más bajas (478.79 Mg.km/ha) se alcanzaron los máximos
esfuerzos (cuadro 1 y cuadro 4).
Se vislumbra que el suelo más susceptible a la compactación tiene una capacidad
superior de volver a sus condiciones mecánicas iniciales - resiliencia (cuando no llegan
a ser irreversibles) frente a los suelos menos susceptibles; esto en cuanto, en el suelo B,
la tendencia de los esfuerzos de compresión fue disminuir en la medida que aumentaba
la IT, y en el suelo A la tendencia de los esfuerzos fue al aumento en la medida que la
magnitud de IT crecía (figura 2). No obstante, esos resultados no son reflejo del fenómeno
de compactación; si bien el suelo A estuvo cerca de los límites establecidos para considerarlo
compactado, el suelo B supero dichos límites con creces.
Aunque se discute que la cuestión planteada —y se sabe que suelos con límites
líquidos similares, pero con índices de plasticidad que crecen (suelo B con respecto al
suelo A), presentan mayor tenacidad (resistencia a ser suprimido) y resistencia en seco
(Villalaz, 2004)— es necesario llevar a cabo más estudios en torno a este fenómeno en
los suelos de uso agrícola.
La aplicación de la tecnología, la programación y la electrónica para la captura,
procesamiento y análisis de información proveniente de los procesos de mecanización
agrícola, permite plantear discusiones alrededor de la relación suelo-máquina e iniciar
el recorrido hacia nuevas estrategias de gestión del suelo y la maquinaria durante las
operaciones en campo, que permitan atender los desafíos que enfrenta el sector de la
producción de alimentos.
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Conclusiones
El transito intensivo de maquinaria sobre el suelo induce esfuerzos de compresión vertica-
les, que pueden resultar en la compactación de la masa de suelo. En términos de textura
y contenidos de humedad cercanos a limite plástico, los suelos menos susceptibles a la
compactación son aquellos con bajo porcentaje de arcilla, y por defecto los más suscepti-
bles son aquellos con porcentajes altos de arcilla.
En el suelo de textura arcillosa se observó que las intensidades de tráfico provocaron
compactación del suelo, lo que se reflejó en un incremento importante de los valores
de resistencia a la penetración frente a las condiciones iniciales. En el suelo de textura
franca, se observó que las intensidades de tráfico no llegaron a provocar compactación
del suelo, pese a que se evidenciaron incrementos en la resistencia a la penetración frente
a las condiciones iniciales, estos fueron insuficientes.
Los esfuerzos máximos registrados por el sensor de esfuerzos de compresión durante
el tránsito de la maquinaria en la operación de cosecha mecánica con vagones autovolteo
en cada lugar de ensayo guardan relación con las presiones de contacto e inflado de las
llantas del tractor, vagón autovolteo y cosechadora, en cuanto a mayor presión de contacto
e inflado mayor es la magnitud de la compresión vertical inducida.
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