practica 6 - Universidad Autónoma Metropolitana

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
DIVISIÓN DE CBS-DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA
LABORATORIO DE EDAFOLOGÍA
PROFESOR M. EN C. SERGIO ROMERO VALLEJO
PRACTICA 6
Caracterización Física de los Suelos-Parte 2
Propósito del Ejercicio: Realizar un análisis mecánico de los suelos utilizando el método
del hidrómetro, observar el efecto de la textura sobre la retención de la humedad, poder
aprender a leer un triángulo de texturas y practicar la determinación de la textura del suelo
y la manipulación de la humedad de las muestras.
Objetivos de la instrucción:
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Definir los siguientes términos: textura de suelo, hidrómetro, análisis mecánico, agentes dispersantes,
partículas primarias y consistencia del suelo.
Dados los porcentajes de arena, limo y arcilla de una muestra de suelo en un triángulo, determinar la
clase textural del suelo.
Dadas las muestras de suelo y la provisión de humedad del punto de adherencia, utilice la técnica de
campo para determinar la clase textural del suelo.
A partir de la Ley de Stoke’s, identifique las variables que influyen en la sedimentación de las
partículas.
Empleando el equipo proporcionado, ser capaz de realizar una determinación textural de una muestra
de suelo aplicando el hidrómetro. Tomando la lectura del hidrómetro efectuar la corrección por la
temperatura; calcule los porcentajes de arena, limo y arcilla de la muestra.
Establezca tres diferentes supuestos hechos en la aplicación de la Ley de Stoke´s durante la
sedimentación de partículas de suelo en un cilindro.
Describa y defina los pasos seguidos para alcanzar la dispersión del suelo de una muestra.
Distinguir como se siente entre los dedos un suelo arcilloso y un suelo arenoso; ser capaz de
comprender el área de la superficie de partículas por unidad de volumen; así como entender la
resistencia a la manipulación durante el estado húmedo y seco de un suelo.
Introducción
Físicamente los suelos son cuerpos con poros abiertos capaces de retener humedad, contienen
partículas minerales de muchos tamaños y formas, así como materia orgánica con carácter coloidal.
Las partículas coloidales son tan pequeñas que podrían permanecer suspendidas en el agua
indefinidamente, éstas permanecen en contacto unas con otra, pero raramente forman paquetes entre
sí. Los espacios vacíos entre partículas llamados poros están interconectados y se utilizan como
almacenamiento de gases y líquidos.
La distribución del tamaño de las partículas inorgánicas primarias denominado textura del suelo
tiene una fuerte influencia sobre las propiedades del suelo. Las partículas mayores de 2mm de
diámetro son consideradas inertes, y sólo guardan interés en caso de que sus dimensiones interfieran
con las prácticas agrícolas. Así las partículas menores a 2 mm de diámetro, se encuentran divididas
en tres categorías amplias basadas en su tamaño. De acuerdo con la clasificación del Departamento
de agricultura de los Estados Unidos, las partículas entre 2-0.05 mm de diámetro son llamadas
arenas; aquellas comprendidas en lo 0.5-0.002 mm de diámetro se les denomina limos; y finalmente
las partículas <0.002 mm son nombradas las arcillas. Cabe indicar que existen otras clasificaciones
como la Internacional que se emplea en la mayor parte del mundo, la de la FAO-UNESCO que
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aparece en la leyenda de los mapas de suelo, y la Francesa.. Por lo común la textura de los suelos se
expresa en términos de porcentaje por peso de arena, limo y arcilla de suelo secado en el horno a
110° C.
La consistencia del suelo es una descripción de su condición física a contenidos diferentes de
humedad como una evidencia a la respuesta des suelo a la manipulación y estrés. Los adjetivos
descriptivos como: duro, suelto, friable, firme, plástico y pegajoso, son utilizados para expresar la
consistencia. El comportamiento de un suelo a diferentes contenidos de humedad es de suma
importancia para los ingenieros ya que afecta la compactación o su manejo a costos diferentes. La
consistencia es determinada primariamente por la textura, sin embargo se encuentra relacionada con
otras propiedades tales como: materia orgánica, y tipo de minerales arcillosos, amén del contenido y
tipos de sales disueltas en el suelo.
Análisis Mecánico
A. Principios
El análisis mecánico consiste en la separación de las partículas del suelo por sus tamaños con lo
cual se determina la textura del mismo. Los resultados son expresados como porcentajes de arena,
limo y arcilla dentro de la fracción del suelo menor a 2 mm de diámetro.
La fracción arenosa puede separarse de los limos mediante el uso de tamices. Los tamices se
emplean para obtener varios separados dentro de la fracción arenosa.
La separación del limo de las partículas arcillosas está basada en su comportamiento en la velocidad
de caída, es decir su velocidad de sedimentación al encontrarse suspendida en agua. Las partículas
sólidas suspendidas en el agua caen a una determinada velocidad afectadas por la gravedad, la
temperatura del agua y la viscosidad del medio, su caída es diferencial en virtud de su diámetro. La
resistencia a la caída depende del factor viscosidad, es decir: la resistencia que ofrece la partícula en
el medio suspendido, para el caso de las partículas del suelo éstas se encuentran entre los rangos de
2.4-2.8 gm/cm3 mientras que la densidad y la viscosidad del agua permanecen constantes a una
temperatura constante, así la relación entre tamaño de partícula y su caída es buena. En otras
palabras: La velocidad de caída de una partícula dado un diámetro es directamente proporcional al
cuadrado de su radio según la Ley de Stoke´s.
v
2 dp  dwgr 2
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n
v = velocidad de caída en cm/seg
g = aceleración gravitacional en cm/seg2
dp = densidad de partícula en gr/cm3 r = radio de la partícula en cm
dw = densidad del agua en gr/cm3
n = viscosidad absoluta del agua en poises gm/cm.seg
Para efectuar el análisis mecánico es necesario completar primeramente la dispersión de las
partículas del suelo, la dispersión se alcanza cuando todos los agregados están destruidos y cada
partícula inorgánica primaria se mueve independientemente de las otras partículas.
Para lograr la dispersión de un suelo primero es necesario oxidar la materia orgánica ( con valores
mayores al 2%) en baño maría, aplicando H2O2 al 10 %; en caso de contener carbonatos eliminarlos
mediante aplicación de HCL al 10 %; después, agregar agentes químicos dispersores y aplicar
agitación mecánica o vibración ultrasónica. La materia orgánica es responsable de cementar y
mantener unidas a las partículas primarias. El agente dispersante puede ser Calgon
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(hexametafosfato de sodio), donde el sodio actúa siendo absorbido por las partículas arcillosas, con
lo cual las partículas tienden a repelerse entre sí en medio de la suspensión del agua disgregándose
los cúmulos denominados flóculos, la presencia del ión sodio incrementa el potencial “Z”, es decir
las fuerzas electrostáticas de atracción disminuyen.
El suelo como un conjunto de materiales naturales está constituido por una fracción mineral que
constituye un grupo de partículas que varían en tamaño, contiene una fracción de materia orgánica
descompuesta en variados ácidos húmicos y fúlvicos y entre tales tipos de componentes llega a
encontrarse diversos tipos de sales que llegan a cristalizar, las cuales contribuyen al efecto de la
cementación. En otros casos las mismas arcillas y minerales de hierro intervienen en la formación y
estabilización de los grumos o flóculos de suelo. Una combinación de todos los agentes
mencionados son los responsables de mantener unidas a las partículas del suelo en su estado natural
por lo que se hace necesario romper dicha agregación mediante los mecanismos ya mencionados:
químicos, físico-químicos y los mecánicos incluidos el ultrasonido. Lo anterior facilita la velocidad
de caída de los diferentes tamaños de partículas individuales.
B. El método del Hidrómetro de Bouyoucos para el Análisis Mecánico.
Este es un método sencillo y relativamente rápido para el análisis de las partículas del suelo. Para
iniciar cualquier determinación físico-química, es necesario contar con una cantidad de suelo
previamente secada al aire, molida de preferencia en un mortero de madera aplicando golpes sin
llegar a friccionar la muestra con el mazo y posteriormente haciéndola pasar por un tamiz de 2 mm
de apertura con objeto de eliminar restos de raicillas y gravas del suelo.
Una vez preparada la muestra de suelo, ésta, se dispersa bajo un intenso mezclado y se coloca
dentro de una probeta de Bouyoucos, cuya densidad de la suspensión es medida mediante un
hidrómetro. Considérese que las partículas de mayor tamaño y por ende mayor densidad son las
primeras en caer, sucesivamente caerán las partículas de menor diámetro, siendo las más pequeñas
las que toman más tiempo en recorrer la distancia vertical de la probeta. Durante el proceso, se
puede observar que se forma un asentamiento de partículas por diámetros diferenciales,
manteniéndose en suspensión una parte de ellas. Dependiendo del tipo de sales o minerales del
suelo la solución toma un determinado color. Tómese en cuenta que la velocidad de caída es
variable en función de la temperatura, por lo cual es indispensable el empleo de un termómetro para
realizar las correcciones necesarias en los cálculos.
Considérese un plano imaginario bajo la superficie de la mezcla de agua y suelo, donde se desea
conocer el tiempo de caída de un determinado tamaño de partícula por ejemplo 0.05 mm de
diámetro. Una vez transcurrido el tiempo necesario, todas las partículas de este tamaño junto con las
mayores, habrían caído y salido de este plano imaginario. Por arriba de dicho plano se encontrarán
partículas menores a 0.05 mm así como en toda la columna de agua restante antes de que ocurriera
la sedimentación de las partículas de 0.05 mm y mayores. Al medir la concentración de partículas
en el plano sugerido, será posible calcular la masa total de partículas menores a 0.05 mm bajo la
presunción de conocer el volumen de agua contenido en la probeta. Al seleccionar periodos
apropiados de tiempo, cualquier tamaño de partícula puede ser evaluado.
Los hidrómetros Bouyoucos están calibrados para medir gramos de partículas primarias por litro de
suspensión de suelo. Tómese en cuenta que a los primeros 40 segundos la fuerza de empuje por la
densidad de la mezcla sobre el hidrómetro es causada por la concentración de arcillas y limos en
términos equivalentes a las fuerzas descritas en el plano imaginario arriba citado. Al cabo de dos
horas de asentamiento de partícula, la fuerza de empuje debajo del hidrómetro, está determinada por
una concentración de partículas igual al de las partículas a través de la suspensión al tiempo cero.
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El hidrómetro se debe calibrar a 20° C ya que la densidad del agua varía en función de la
temperatura por lo que es necesaria la corrección a los cambios de temperatura.
PROCEDIMIENTO
a. Antes de realizar la práctica se debe contar con lo siguiente:
1. Remueva toda la materia orgánica del suelo con H2 O2 ( sólo en caso de existir
cantidades mayores al 2%).
2. Adicione la cantidad de suelo seleccionado a una botella de agitación
3. Agregue 2.0 g de meta fosfato de sodio.
4. Vierta agua destilada en la botella a tres cuartas partes de su capacidad.
5. Una vez tapada la botella agite mediante un agitador mecánico durante cuatro
horas.
b. Práctica en el laboratorio:
1. Transfiera la mezcla de suelo y agua a una probeta Bouyoucos, una vez hecho
esto, agite para obtener una mezclar uniforme utilizando un tapón adecuado.
Rápidamente coloque en ángulo la probeta y retire el tapón. Enjuague e incorpore
al cuerpo de la mezcla las partículas del suelo que permanezca en las paredes y en
el tapón utilizando agua destilada.
2. Coloque agua destilada hasta la marca de la probeta e inicie el conteo de tiempo.
3. Inserte verticalmente el hidrómetro sosteniéndolo fuerte siempre por el tallo en su
parte superior con tres dedos, colocando su otra palma por debajo del bulbo. Para
extraerlo de la probeta repita el procedimiento inverso.
4. A unos 20 o 30 segundos de haber colocado en la mezcla de la probeta el
hidrómetro y que se encuentre estabilizado y sin movimiento haga la lectura en la
escala correspondiente del tallo, repita y anote la lectura exactamente a los 40
segundos contados a partir del inicio.
5. Remueva el hidrómetro sosteniéndolo siempre con ambas manos. Con una pizeta
con agua destilada enjuague y seque con una toalla de papel. Recuerde sostener
siempre con una mano el dispositivo. Colóquelo en su estuche para las
subsecuentes lecturas.
6. Inserte un termómetro de bulbo y haga la lectura correspondiente anotando en su
libreta.
7. Tome la probeta agite cuidadosamente y colóquela sobre la mesa espere dos horas y
repita todos los pasos anteriores desde 1 a 6.
c. Para corregir el error por temperatura sume 0.36 gramos / litro para cada 1° C por arriba de
los 20° C; en caso de que la temperatura sea menor a los 23° C reste los 36 gramos / litro.
d. Cálculos:
Lectura del hidróm etrocorregidaa los 40sgs  100
Peso sec o de suelo
Lectura del hiróm etrocorregidaa las 2hrs  100
2. % de arcilla =
Peso sec o de suelo
3. % de arena = 100  % lim o  arcilla
1. % limo más arcilla =
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TABLA DE DATOS
Número de muestra
Peso en gramos de la muestra
Lectura Hidrómetro 40 s (g/L)
Temperatura
Corrección lectura 40s (g/L)
Por ciento de Arena
Lectura Hidrómetro 2 H (g/L)
Temperatura
Corrección lectura 2 H (g/L)
Por ciento de Arcilla
Por ciento de limo
Clase textural
Color Seco
Color Húmedo
III Clases Texturales
Para evitar la repetición de porcentajes de arena, limo y arcilla se han definido 12 clases texturales,
cada clase incluye la distribución por rangos de tamaño, los que son consistentes con rangos
estrechos de las propiedades del suelo. Por ejemplo todos los suelos con más de 40% de arcilla se
les denomina arcillosos, ya que las características de todos ellos están determinadas por la fracción
arcillosa. Para que a un suelo se le denomine apropiadamente arenoso, debe contener más del 85 %
de arena, sin embargo una combinación de limo y arena que exceda el 15 %, ejercerá una influencia
significativa sobre las propiedades del suelo, como: Espacio poroso, densidad, retención de
humedad, capacidad de intercambio catiónico, estructura, cohesión y plasticidad entre otras. Así, la
clase textural denominada migajón, posee propiedades asociadas con las arcillas y las arenas, pero
el porcentaje de arena es mucho mayor que el de las arcillas. Estos tipos de suelos de migajón son
apreciados para el buen crecimiento de las plantas.
A. Triángulo de Texturas
Las relaciones entre los nombres de las clases texturales y la distribución del tamaño de las
partículas se muestra en el diagrama, los porcentajes de arena, limo y arcilla se encuentran
señalados sobre los tres ejes o catetos del triángulo. La distribución del tamaño de una partícula fina
del suelo está representada por un solo punto dentro del diagrama. Una vez realizado lo anterior,
cada punto ocupa una de las 12 clases texturales.
B. Utilización del Triángulo
Suponiendo que una muestra contenga 10 % de arena, 70 % de limo y 20 % de arcilla, de comienzo
en primer lugar con el valor de la arcilla. Colóquese sobre la base del triángulo en 0 % y recorra la
línea hasta encontrar el valor de 20 %. Con un lápiz trace una línea paralela precisamente sobre la
línea con el valor de 20 % de arcilla. A continuación considere el limo, y de forma similar ubíquese
en el 0 % y recorra a lo largo la lectura hasta encontrar el 70 % de limo, haga un trazo sobre este
valor hacia abajo en línea paralela al cateto de la izquierda ( el que corresponde a los valores de
arcilla), hasta dar con el cruce de la lectura de arcilla. El punto de intersección se encuentra dentro
del área denominada limo arcilloso, la cual corresponde a la clase textural de la muestra
seleccionada. Ahora para revisar el valor de arena, encuentre el trazo que proviene del valor
correspondiente al eje para las arenas en la base del triángulo, la lectura debe coincidir con el punto
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de intersección dado para la clase textural de la muestra tomada como ejemplo, es decir los tres
valores se interceptan invariablemente en el mismo punto.
Procedimiento
Determine el nombre de la clase textural de tres suelos con diferentes contenidos de arena, limo y
arcilla.
IV Relaciones de Capacidad de Humedad de Suelos con la Textura
El contenido de humedad de un suelo generalmente es determinado mediante el peso de muestras de
suelo mojado, secado en el horno a temperatura constante de 105° C para remover toda la humedad
y vuelto a pesar para comparar el peso perdido al eliminarse el agua contenida por ese suelo.
El contenido de humedad de los suelos se expresa como el porcentaje de peso seco del suelo. El
símbolo Pw es utilizado para designar dicho porcentaje. El valor denominado Pw es la relación del
peso del agua del suelo contra el peso de suelo secado en el horno multiplicado por 100.
Pw 
Wt agua del suelo
 100
Wt suelo sec ado en horno
Donde Wt = peso en g
Procedimiento:
a. Numere y pese un plato de aluminio para cada muestra y registre el peso en la hoja de
datos.
b. Coloque un poco de suelo dentro de un recipiente como una charola y agréguele alrededor
de 2/3 de su volumen de agua con una pizeta hasta que pueda formar una masa de lodo del
tamaño de una pelota de tenis.
c. Remueva el suelo mojado y seque inmediatamente el suelo del resto del contenedor o
charola, amase el material en su mano hasta que el agua se distribuya uniformemente.
d. Si la masa de suelo tiende a pegarse en la mano, el nivel de humedad que ha alcanzado se
denomina punto de viscosidad.
e. Haga la prueba del punto de viscosidad agregando una gota de agua y observe lo que
provoca al suelo, Si el suelo es más viscoso se ha llegado a dicho punto. Vuelva a amasar la
muestra hasta que ésta pierda su adherencia ( pegajosidad), colóquela sobre un disco de
reloj para que se evapore la humedad y pese de nuevo ( el peso combinado menos el peso
del disco de reloj = peso de suelo al punto de viscosidad).
f. Repita el proceso con varias muestras para comparara el comportamiento y las
características de las mismos, anote en su tabla de registro de datos.
g. Coloque sobre los vidrios de reloj diferentes muestras y colóquelos dentro de una estufa a
105° C para eliminar la humedad hasta obtener un peso constante, el tiempo estimado es
alrededor de 8 h.
h. Sáquelas de la estufa mediante guantes o pinzas y déjelas enfriar antes de proceder a pesar
en balanza granetaria.
i. Calcule el valor de Pw en el punto de viscosidad ( Línea 3 menos línea 4 igual al peso del
agua, línea 4 menos línea 5 igual al peso de suelo).
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Tabla de Datos
1. Vidrio de Reloj número
2. Textura del Suelo
3. Wt. Vidrio + Suelo húmedo *
4. Wt. Vidrio + Suelo seco*
5. Wt Vidrio de Reloj**
6. Wt. Agua del Suelo
7. Wt Suelo Seco*
Pw del Suelo*
*Peso expresado en gramos
V. Determinación de la Textura al Tacto
Cuando se examina un suelo en el campo es necesario estimar (y no medir) la textura, lo cual se
puede efectuar mediante una sencilla prueba de campo, denominada textura al tacto, misma que
es posible mediante un poco de práctica al amasar una muestra entre los dedos pulgar e índice,
de preferencia con la mano opuesta a la escritura, ya que dicha mano opuesta es más sensible al
tacto, y proporciona información de campo muy valiosa. No se olvide que es indispensable
realizar la prueba en el laboratorio y ambas deben ser comparadas y comprendidas.
Procedimiento
a. Imagine el triángulo textural, sí la muestra posee características como de arcilla (arena
arcillosa, arilla y limo arcilloso) formará buenos churritos; sí se trata de una textura
migajón arcilloso (migajón areno arcilloso, migajón arcilloso y migajón limo arcillosa)
formará churritos medios; en cambio, la textura migajosa (migajón arenoso, migajón y
migajón limoso) formará pobres churritos o éstos se harán con mucha dificultad; y
finalmente, cuando se trata de texturas arenosas no se forma el churrito. Las texturas arena
migajosa y arenosas se omiten por simplicidad.
b. Determine cuando una muestra de suelo se ajusta más a arcilla, franco arcillosa, o francosa,
determinándolo al hacer un buen churrito, uno regular o bien con dificultades. Para realizar
esto, prepare una pelota de suelo humedecido al punto de viscosidad y al momento de tener
una consistencia apropiada, esto es que no brille la superficie o que no se haga pastoso en
las manos, trate de presionarlo entre los dedos y la palma.
c. Una vez realizado lo anterior, y dependiendo del tipo de churrito elaborado, confirme sí se
trata de una textura arcillosa, franco arcillosa, franco (migajosa); reexamine la muestra.
Observe sí definitivamente es arenosa debido a la presencia notoria de granos gruesos y de
sensación áspera o rasposa al tacto entre el dedo pulgar e índice, entonces definitivamente
se le llamará arcillosa, y dependiendo de las características del churrito podría tratarse de
areno-arcillosa, limo-areno-arcillosa, o arena francosa. En cambio sí la muestra permite
formar un churrito bien hecho con aspecto terso y lustroso, que entre los dedos pulgar e
índice se siente untuoso y resbala con facilidad, se podrá denominar apropiadamente de
desde textura limo-arcillosa, arcilla migajosa o arcilla francosa.
d. Suelos que forman terrones frágiles en seco o en húmedo se encuentran dominados por
partículas arenosas, en cambio en la medida que aumentan los limos y un poco las arcillas
adquieren más consistencia sus terrones o cuerpos estructurales, apropiadamente llamados
Ped, dichos cuerpos estructurales o agregados del suelo, logran conservar su forma al
dejarlos caer desde unos 15 o 20 centímetros de altura. También conservan su estabilidad al
comprimirlos con suavidad entre los dedos pulgar e índice. En la medida que es necesario
aplicar una mayor presión su estabilidad es proporcional a la presencia de mayor contenido
de arcilla. Es muy importante no confundir la estabilidad de los agregados del suelo con
estructura de roca, bastará con colocar las muestras dentro de un vaso de precipitados con
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agua destilada y otro con hidróxido de sodio al 10% y después de 48 h se podrá notar que
las muestras de roca en agua se conservan intactas y en el otro vaso se puede ver disgregada
la muestra de roca.
Favor de
anotar en
cada cateto
los valores de
0 a 100
Forma listones bien hechos
De 8 a 10 cm de longitud muy duro cuando seco
ARCILLA
Arcilla
R
Arcilla
arenos
a
Migajón
areno
arcilloso
Migajón
arenoso
Arcilla
limosa
Franco
arcilloso
Franco
L
Franco
limo
arcilloso
Trazar líneas paralelas de
10 en 10, encuentre el
punto de entrecruzamiento
para cada tipo de muestra y
anote el nombre del cuadro
Listones de 3 a 8 cm de longitud
Franco limoso
No forma listones
A
NOTA:
SE DEBE TENER PRESENTE LA RECOMENDACIÓN DE EVITAR TIRAR EN
CUALQUIER FORMA EL SUELO UTIZADO DURANTE LAS PRÁCTICAS DENTRO
DE LA TARJA, DEPOSÍTELO EN LOS CESTOS DE BASURA.
RECUERDE LIMPIAR SU MESA DE TRABAJO CON UN TRAPO O PERÓDICO AL
FINALIZAR LA SESIÓN.
NO OLVIDE INCLUIR LA BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA.
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