MODELOS NUMÉRICOS PARA LA SIMULACIÓN DE LA RESPUESTA DEL SUELO AL TRÁFICO Y OPERACIONES DE LABRANZA

Resumen

La compactación es un problema de alcance global y una de las principales causas de degradación antropogénica del suelo agrícola. El 23,9% del área agrícola de Cuba tiene problemas de drenaje o compactación natural. En Cuba, tanto la investigación de la compactación del suelo, como el diseño de medios para la labranza se han realizado mediante métodos empíricos, demandando gran cantidad de recursos materiales y humanos. La expansión de las capacidades computacionales y la necesidad de desarrollar soluciones a corto plazo han propiciado el desarrollo de la modelación y simulación en el área agrícola. Con la presente investigación se introduce, en Cuba, el empleo de la modelación mediante métodos numéricos a problemas del suelo agrícola. En el presente trabajo se han desarrollado dos modelos, uno de la compactación, mediante el Método de Elementos Finitos, que permite predecir el efecto sobre el suelo del tráfico de vehículos agrícolas sobre ruedas e investigar los factores que provocan compactación del suelo. El modelo permite conocer cuáles son las presiones que ejerce el vehículo, hasta qué profundidad se producirán estas presiones, cómo influyen los parámetros geométricos y de operación de los neumáticos, cuándo se provoca compactación del suelo. Para desarrollar el modelo fue necesario investigar las propiedades físicas y mecánicas del suelo Ferralítico rojo compactado, uno de los más importantes de Cuba, desde el punto de vista económico. Se obtuvo el comportamiento de estas propiedades en función de la humedad y compactación (densidad de volumen), en condiciones desde suelo suelto hasta compacto y desde húmedo hasta seco. También se logró la validación de los modelos constitutivos de Drucker-Prager Extendido y Drucker-Prager Modificado, demostrándose que pueden ser empleados para representar la respuesta mecánica de este tipo de suelo, mediante el Método de Elementos Finitos, pudiéndose utilizar para modelar la compactación y otros fenómenos que ocurren en el suelo. El segundo es un modelo, desarrollado mediante el Método deElementos Discretos, que permite simular el desempeño de aperos o implementos de corte del suelo y predecir los esfuerzos resultantes enla herramientadurante la labranza del suelo. Por consiguiente se obtiene el consumo de energía que provoca cada geometría del implemento investigado, así como, predice la respuesta mecánica del suelo durante el corte. Con la utilización de este modelo disminuyen las pruebas de campo, la construcción y modificación de prototipos así como un importante grupo de complejas instalaciones extensométricas necesarias para determinar los esfuerzos resultado del proceso de labranza. La divulgación se ha logrado con la publicación de 18 artículos científicos, de estos cuatro en revistas de la Web of Science o Grupo 1 y 14 en revistas del Grupo 2. Se han presentado los resultados en 14 Congresos Internacionales de ellos cuatro en México y 12 en Cuba. Este trabajo es respaldado por 24 avales de universidades e institutos de investigación en Cuba y el extranjero, avales de todas las universidades cubanas que forman profesionales en Ingeniería Agrícola y que han introducido estos modelos en la academia y la investigación, así como de dos entidades de Villa Clara que han hecho uso de los modelos para resolver problemas de sus instituciones. Esta investigación ha recibido tres Premios Provinciales ACC y es el resultado de tres tesis de doctorado defendidas en el Tribunal de Ciencias Técnicas Agropecuarias.