Evaluación agrotécnica de un semirremolque autobasculante en un suelo VertisolPélico típico

Agro-technique Evaluation of a Cuban Tow in a VertisolPelic Typical Soil

Dr.C. Yoel Betancourt-Rodríguez,^I M.Sc. Maykel Cruz-Díaz,^II Ing. Dayana Pérez-Santos,^II Ing. Jesús Izquierdo-Daniel,^I Ing. Osmel Machado-Sánchez,^I

^IEstación Territorial de Investigaciones de la Caña de Azúcar (ETICA Centro-Villa Clara), Ranchuelo, Villa Clara, Cuba.
^IIUniversidad Central de las Villas. Santa Clara, Villa Clara, Cuba.

RESUMEN

Con el objetivo de evaluar el cumplimiento de los parámetros agrotécnicos del semirremolque en el transporte de la caña de azúcar dentro de campos con superficie acanterada, se realizó una investigación en un suelo VertisolPélico típico. En la cosecha participaron la combinada CASE IH 8 000 y el semirremolque acoplado al tractor Maxxum CASE 150. Los resultados mostraron que el autobasculante no cumple con los requerimientos agrotécnicos para el trasbordo de caña en las condiciones descritas, por las siguientes causas: sobrepasa la zona de protección de las plantas, ubicándose a 45 cm tomando como referencia el extremo de la base del cantero, con una desviación estándar de ± 25cm, lo que conlleva a que con este sistema de cosecha en general se trafique sobre el 100% del área; al no respetar la zona de protección del cultivo en uno de los canteros sobre los cuales transita, llega a aplicar presiones superiores a 300 kPa, similares a otros equipos como el Zil 130, Remolque RR 6 y Remolque RC 10 no adecuados para el tráfico dentro del campo, lo que disminuye la altura del cantero hasta 11 cm (65%); compacta el suelo en la zona donde se desarrolla en 90% de las raíces de la caña, al incrementar significativamente la densidad aparente y la resistencia a la penetración hasta 20 cm del horizonte superficial, en humedades próximas al 51% hbss.

Palabras clave: compactación, resistencia a la penetración, transporte intermedio.

ABSTRACT

In order to determine the fulfillment of agro-technical parameters of Cuban self-tipping trailer in intermediate transport of sugar cane inside the field, in heavy clay soil, with mound surface, an investigation was carried out in a Vertisol typical Pelic. The harvester CASE IH 8 000 and the Cuban self-tipping trailer coupled to the tractor Maxxum CASE 150 were the equipment that participated in the harvesting process. The results showed that Cuban Trailer does not fulfill the agro-technical requirements for the sugar cane transportation under the conditions mention before, for the following reasons: it surpasses the protection area of the plants, being located at 45 cm from the end of the mound base, with a standard deviation of ± 25cm. It means that 100% of the area is under machinery traffic, applying pressures higher than 300 kPa, similar to other equipment like Zil 130, RR 6 and RC 10 trailer which are not appropriate for the traffic in the sugar cane field. Also, the height of the mound diminishes at 65%, it compacts to the soil where the 90% of the cane roots are developed, because it increases significantly the apparent density and the penetration resistance until 20 cm from the superficial horizon, in soil humidity of 51% hbss. The modification of the self-tipping trailer was recommended for using it under these conditions.

Key words: compaction, penetration resistance, intermediate transport.

La caña de azúcar (Saccharumofficinarum L.) es un cultivo de elevada relevancia a nivel mundial. De sus tallos se extrae la sacarosa que es uno de los principales suplidores energéticos en la alimentación humana. Su origen se ubica en Asia, más exactamente en países como India, Malasia y China. Fue llevada a otros países, tropicales y subtropicales, por colonizadores y comerciantes. Llega a Cuba con los españoles durante la colonización¹ (Vicini y Vicini, 2010; Hernández y Hernández, 2013).

Una de las causas que actualmente afectan el rendimiento de la caña de azúcar en Cuba es la compactación de los suelos. Dentro de los factores que dan lugar a la misma están el tráfico de las máquinas dentro del campo, principalmente en la cosecha mecanizada. En dicho proceso se pueden identificar como aspectos de gran interés el sistema de cosecha empleado y el complejo tecnológico cosecha-transporte por su impacto negativo sobre el estado físico y físico-mecánico del suelo^{2, 3} (Saffih-Hdadi et al., 2009; González et al., 2013a, 2013b).

Estos sistemas de corte mecanizado incluyen, a su vez, el sistema de transporte denominado Tiro Partido o Trasbordo de caña (remolques o semirremolques autobasculantes tirados por tractor para el transporte dentro del campo y camiones con remolques para el tiro hacia el basculador) por aportar en general los siguientes beneficios: reducción de los daños a los campos cañeros producto de la cosecha mecanizada, aumento de la productividad, disminución de los costos de la cosecha y mejora de la calidad del material que va a la industria⁴.

Los suelos del norte de Villa Clara tienen características específicas tales como escasa pendiente, alto contenido de arcilla del tipo Montmorillonita (2:1), escasa profundidad efectiva, mal drenaje interno y externo, alta plasticidad, adhesión y cohesión. Las peculiaridades antes señaladas condujeron a un manejo agrotécnico diferenciado en el cultivo de la caña, destacándose la plantación en canteros (Gutiérrez et al., 2013).

Dadas las irregularidades detectadas en el cumplimiento de los parámetros agrotécnicos en el semirremolque de procedencia nacional, por poseer un ancho de vía no adecuado a la distancia de plantación, se partió de la hipótesis que es posible que se afecten las propiedades físicas por traficar sobre el cantero.

Tomando en cuenta lo antes expuesto, el objetivo de este trabajo es evaluar el cumplimiento de los requerimientos agrotécnicos del semirremolque autobasculante cubano en el transporte de la caña de azúcar dentro del campo en los suelos arcillosos pesados, con superficie acanterada.

MÉTODOS

La investigación se realizó en áreas de la UBPC Tito González, UEB Héctor Rodríguez, Ranchuelo, Villa Clara sobre un suelo clasificado como Vertisol Pélico típico según la nueva clasificación de los suelos de Cuba  (Hernández et al., 2015). El área se encontraba plantada en cantero con una cepa de primer retoño, rendimiento estimado 50 tha^-1, de la variedad C 89-250. Los principales indicadores medidos para caracterizar las condiciones del campo fueron según la norma:

-Humedad en base al suelo seco (hbss), %. Se determinó por el método Gravimétrico, tomándose las muestras de suelo cada 0,1 m hasta los 0,3 m de profundidad en el centro de la hilera. La masa húmeda y seca de las muestras se determinó en el laboratorio con balanza de nivel de apreciación 0,01g.

También se evaluaron otras características como densidad del suelo, resistencia a la penetración y perfil del cantero; las cuales se explican más adelante.

Se utilizó la variante de cosecha mecanizada y el sistema de transporte de trasbordo de caña dentro del campo. Algunas características técnicas de los equipos utilizados se presentan en la Tabla 1.

Las dimensiones principales del sistema de rodaje del autobasculante son: ancho de vía de 2,70 m y ancho total de 3,30 m.

Se realizaron las siguientes evaluaciones:

-Velocidad de traslación de los equipos durante la cosecha, kmh^-1. Se determinó en 50 m lineales con cronómetro de 1s de apreciación.

-Distancia de penetración del neumático del semirremolque en la franja de seguridad (D) (Figura 2). Partiendo de las dimensiones del sistema de rodaje del autobasculante (Figura 1), Ancho de vía (B) y Ancho del neumático (b), Número de hileras que se ubican debajo del semirremolque (n) (una en este caso); y los parámetros vinculados a la plantación en cantero, Distancia de plantación (M) de 1,6 m y Franja de seguridad exterior (C_ext) de 0,40 m; se tiene que (Chudakov, 1977):

Presión media específica sobre el suelo para condiciones normales de trabajo y reales del semirremolque cubano objeto de investigación, kPa.

En esta investigación se define como Condiciones Normales de Trabajo (CNT) a aquellas donde el semirremolque pone en contacto con el suelo toda el área de apoyo de los neumáticos, según diseño; y Condiciones Reales (CR) donde ocurre lo contrario, es decir solo una parte de la superficie de apoyo del neumático se pone en contacto con el suelo. El análisis en esta evaluación se realizó considerando el peso total del autobasculante .

La presión media específica para condiciones normales (P_n) fue determinada utilizando la siguiente expresión:

donde:

W_n - peso o carga sobre el neumático, kN;

A_n - área de contacto del neumático con el suelo en condiciones normales, m².

Para la determinación de A_n se emplearon las expresiones siguientes propuestas por Sánchez-Girón (1996).

Siendo:

b_n -ancho de la huella, m.

Para condiciones normales de trabajo, la cual está en relación con el Ancho constructivo del neumático (b_c), se halla como:

y l, ancho de la huella en condiciones normales de trabajo, m; se determina como:

δ - deformación del neumático, m;

considerando una deformación del 20% respecto a la altura del neumático (h), entonces:

Hallándose h por la expresión:

Siendo:

d_c y d_i - diámetros exterior e interior del neumático, m.

donde:

A_r-área real de contacto del neumático con el suelo, m².

El área real se determinó midiendo el ancho y la longitud de contacto del neumático sobre el cantero in situ, con cinta métrica de apreciación 1mm.

Resistencia a la penetración, kgcm^-2. Mediante el empleo de un Penetrógrafo con punta normalizada (ASAE S313,3 FEB04), precisión de 1 kg, diámetro de la base del cono de 12,83 mm y punta cónica de 30 grados. Se realizó la evaluación hasta los 0,3 m de profundidad, antes y después del paso del autobasculante.

Densidad aparente, gcm^-3. Se determinó por el Método del Cilindro, utilizando cilindros de 50 cm³. Se tomaron muestras de suelo cada 0,1 m y hasta los 0,3 m de profundidad en cada réplica, antes y después del paso del autobasculante. La masa húmeda y seca de las muestras se determinó en el laboratorio con balanza de nivel de apreciación 0,01 g.

Los datos obtenidos en las diferentes investigaciones se procesaron automatizadamente, empleando el paquete estadístico STATGRAPHICS Plus 5.1 (Statistical Graphics Crop, 2000). Se utilizó la prueba t-Students para muestras independientes como criterio para estimar las diferencias entre las medias muestrales, a un 95 % de probabilidad, en la evaluación de la resistencia a la penetración y la densidad aparente antes y después del paso del autobasculante sobre el cantero.

Las condiciones de investigación estaban caracterizadas por los siguientes valores promedios: distancia entre hieleras de 1,6 m; altura, ancho de la base y de la copa del cantero de 0,16; 0,86; y 0,47 m, respectivamente. Por otra parte, la velocidad de traslación de los equipos durante la cosecha fue 5,5 kmh^-1.

La distancia de penetración promedio del neumático del semirremolque en la franja de seguridad (D) fue de 45 cm, con una desviación estándar de ± 25cm. Esta situación trae consigo lo siguiente: si el equipo se dispone de forma simétrica, D es aproximadamente igual a 45 cm, el autobasculante se sitúa como en la Figura 2a; si se coloca asimétricamente, en uno de los rodajes D es mayor o igual a 20 cm e inferior a 45 cm y en el otro será mayor a este último valor (Figura 2b), llegando hasta alrededor de los 70 cm.

En la cosecha mecanizada de la caña de azúcar en Cuba, el sistema de rodaje de la cosechadora y el equipo de transporte con remolque o semirremolque, ya sea tractor o camión, transita dos veces por la zona de tráfico, los espacios entre hileras, aspecto que condiciona la deformación del perfil de suelo en dicha área, alejado de la cepa de caña, representado en ambos extremos de la curva DC (Después de la Cosecha) por Zt (Figura 3).

En el caso particular del sistema de trasbordo con el autobasculante objeto de investigación, que trafica sobre el cantero, los cambios de perfil se originan dentro de la franja de seguridad del cultivo, es decir sobre la cepa de caña, representado por Zc, donde la deformación como promedio es de 4 a6 cm en la copa del cantero, entre 25 y 35%.

Se debe destacar que con el sistema de cosecha que emplea el autobasculante se transita por el 100% del área cañera, a diferencia de que con los sistemas utilizados en el norte de Villa Clara solo se trafica entre el 40 y el 56% del área, por respetar en mayor o menor medida la franja de seguridad del cultivo¹.

El empleo del autobasculante en superficies acanteradas, al no respetar la zona de protección del cultivo, ejerce presiones similares al promedio de ambos puentes (delanteros y traseros) de los equipos que no están dotados para transitar dentro de los campos cañeros y que hoy se utilizan en el transporte cañero en Cuba (Figura 4), como el Camión Zil 130, el Remolque RC 10 (de capacidad 10 t, tirado por el camión KAMAZ 53212) y el Remolque RR 6 (de capacidad 6 t, tirado por el Zil 130), con peso promedio entre ambos ejes de 305 370 y 309 kPa; respectivamente³.

El tráfico del autobasculante sobre el cantero no solamente deforma el perfil del suelo, sino también origina un aumento significativo de la densidad aparente (Da) en el horizonte superficial (Tabla 2).

La mayor compactación del suelo después del tráfico del autobasculante se encontró en el perfil de 0 a10 cm con humedad promedio de 40% hbss en los primeros 30 cm, incrementándose la densidad en un 7% (0,07 g∙cm^-3). Cuanto se transita a humedad de 51% hbss la compactación del suelo llega hasta los 20 cm de profundidad, con incrementos de la densidad aparente de 0-10 cm similares a los antes expuestos y algo inferiores en la capa de 10 a 20 cm.

Los resultados antes mostrados se deben a que la compactación de estos suelos aumenta con el incremento de humedad hasta un valor límite, hasta ese punto la reducción de la tensión capilar y el esfuerzo de compactación o reordenamiento de las partículas se hace más efectivo, es decir el agua actúa como un “lubricante”, según Juárez (1972) y Sowers (1979) citados por⁷. Pasado de ese contenido de humedad comienza a ocurrir lo contrario pues el espacio vacío se reduce y ya en humedades próximas a la de saturación, para que haya compactación debe haber drenaje del agua contenida en el suelo, fenómeno con efectos muy limitado por lo relativamente breve que resultan los esfuerzos provocados por el paso de un vehículo. Por otra parte, al aumentar el contenido de humedad se reduce la resistencia a la compresión que ofrece el suelo como antes se expresó, lo cual explica el incremento significativo de la densidad aparente hasta los 20 cm en 51% hbss.

Los resultados de la evaluación de la resistencia a la penetración en la hilera de caña se manifestaron de forma similar que la densidad aparente del suelo, aspecto que está condicionado por la estrecha relación existente entre ambos indicadores. En este sentido, según Nacci y Pla (1992), y Rodríguez y Valencia (2012)1992; Rodr\\uc0\\u237{}guez y Valencia, 2012, la resistencia es la sumatoria de varias propiedades físicas y físico-mecánicas del suelo como la densidad aparente, la humedad y la resistencia al corte.

En Colombia, Rodríguez y Valencia (2012), también reportaron tráfico sobre el surco de caña en suelos de textura media y fina por el empleo de medios de transporte con ancho de vía no adecuados a la distancia de plantación, llegando a pisar hasta el 66% de las cepas con un ancho entre 0,4 y 0,5 m, incrementándose la densidad aparente y la resistencia a la penetración del suelo en dicha zona.

Los resultados obtenidos confirman la hipótesis trazada en la introducción de este trabajo, la afectación de las propiedades físicas por el tráfico del autobasculante sobre el cantero en suelos arcillosos pesados

CONCLUSIONES

-El el sistema de cosecha que emplea el autobasculante sobrepasa la zona de protección de las plantas, ubicándose a 45 cm tomando como referencia extremo de la base del cantero, con una desviación de ± 25 cm, lo que conlleva a que con este sistema de cosecha en general se trafique sobre el 100% del área.

-El semirremolque autobasculante aplica presiones específicas superiores a 300 kPa en uno de los canteros sobre los cuales transita, similares a otros equipos como el Zil 130, Remolque RR 6 y Remolque RC 10 no adecuados para el tráfico dentro de los campos cañeros, lo que disminuye la altura del cantero hasta en 11 cm (65%), en humedades próximas al 51% hbss.

-El semirremolque autobasculante compacta el suelo en la zona donde se desarrolla el 90% de las raíces de la caña, al incrementar significativamente la densidad aparente y la resistencia a la penetración hasta 20 cm del horizonte superficial, en humedades próximas al 51% hbss.

¹  RODRÍGUEZ, P.M.: Sistemas de cosecha de la caña de azúcar; ventajas y desventajas, 2011.

²  CALZADA, R.: Modelación matemática del área de contacto neumático – suelo en superficie rígida y deformable, Universidad Central Marta Abreu’’, Tesis de Diploma, Villa Clara, Cuba, 2006.

³  GONZÁLEZ, C.O.: Modelación de la compactación provocada por el tráfico de neumáticos, de los vehículos agrícolas, en suelos en condiciones de laboratorio, Universidad Agraria de La Habana «Fructuoso Rodríguez», Tesis de Doctorado, Mayabeque, Cuba, 123 p., 2011.

⁴ CAMECO: Ventajas del empleo del trasbordo de caña, [en línea], 2006, Disponible en: http://www.deere.com/es_MX/ag/homepage/tips/trasbordo_cana.html, [Consulta: 2 de noviembre de 2006].

⁵  CASE IH AGRICULTURE: Cosechadoras de Caña Série A8000, [en línea], no. CA-A80-EO, Inst. Departamento de Comunicaciones, Sorocaba, São Paulo, Brasil, p. 28, 2009, Disponible en: http://www.tapsapue.com/Portals/0/EasyDNNNewsDocuments/14/Folheto_A8000_-_EO[1].pdf, [Consulta: 26 de noviembre de 2016].

⁶  CASE IH AGRICULTURE: Maxxum 135, 150, 165, 180, Empleo y Cuidado, 6.a ed., 252 p., 2011.

⁷  RODRÍGUEZ, M.: Fundamentación del uso de rodaje por semiesteras en las cosechadoras cubanas de caña de azúcar para trabajar en suelos de mal drenaje con condiciones de alta humedad, Universidad Central «Marta Abreu», Tesis de Diploma, Villa Clara, Cuba, 1999.

*La mención de marcas comerciales de equipos, instrumentos o materiales específicos obedece a propósitos de identificación, no existiendo ningún compromiso promocional con relación a los mismos, ni por los autores ni por el editor.

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Recibido: 13/09/2015
Aprobado: 14/11/2016

Yoel Betancourt-Rodríguez, Inv, Estación Territorial de Investigaciones de la Caña de Azúcar (ETICA Centro-Villa Clara), Ranchuelo, Villa Clara, Cuba. Email: yoel.betancourt@nauta.cu