las propiedades fisicas del suelo

LAS PROPIEDADES FISICAS DEL SUELO
ESTRUCTURA, DENSIDAD REAL, DENSIDAD APARENTE,
POROSIDAD Y ESPACIO AEREO
1. Introducción
Continuando con el examen de algunas de las propiedades físicas más
importantes del suelo, nos vamos a ocupar en esta práctica de aquellas
propiedades que se originan como consecuencia del acomodo o arreglo de
los diversos materiales sólidos en el suelo, determinando así el espacio que
va a ser ocupado por el aire y el agua.
Los objetivos de esta práctica son los siguientes:
- Mostrar los principales tipos de estructura del suelo.
- Determinar en el laboratorio: densidad real y densidad aparente del suelo.
- Calcular, a partir de los datos obtenidos de densidad real y aparente, la
porosidad del suelo 0% de espacios porosos y el espacio aéreo.
2. Conceptos básicos
2.1. Estructura
2.1.1. Definición: Es el arreglo o disposición de las partículas del suelo en
grados de varias formas y tamaños.
2.1.2. Características: La estructura del suelo es determinado en base a
tres características:
2.1.2.1. Tipo y forma: Se refiere a la forma y disposición como se
encuentran los agregados. Entre los tipos primarios de
estructura podemos distinguir:
-
Granular: De forma esferoidal relativamente no porosa.
-
Migajosa: De forma esferoidal muy porosa.
-
Laminar:
Las
partículas
se
hallan
generalmente alrededor de un plano horizontal.
dispuestas
-
Prismática: Las partículas se hallan ordenadas alrededor
de un eje vertical. Caras verticales relativamente lisas y
bien definidas.
-
Columnar: Similar a la forma anterior pero los extremos
superiores son redondos.
-
Bloques angulares o cúbicas: De forma cúbica (igual
tamaño en las 3 dimensiones), de vértices angulares y de
caras achatadas y lisas.
-
Bloques sub-angulares: Similar a la anterior, pero los
vértices son redondeados.
2.1.2.2. Tamaño o clase
Tamaño o
Diámetro
Espesor
Diámetro
Altura de
clase
gránulos
láminas
bloques
prismas
Muy fino
˂ 1mm
˂ 1mm
˂ 5mm.
˂10 mm
Fino
1-2 mm
1-2 mm
5-10 mm
10-20 mm
Medio
2-5 mm
2-5 mm
10-20 mm
20-50 mm
Grueso
5-10 mm
5-10 mm
20-50 mm
50-100 mm
Muy grueso
˃ 10 mm
˃ 10 mm
˃ 50 mm
˃ 100 mm
2.1.2.3. Grado o claridad: Se refiere al grado de agregación y expresa
la diferencia entre la cohesión dentro de los agregados y
adhesión entre ellos.
-
Sin
estructura:
No
hay
agregación
o
arreglo
ordenadamente definido. Puede distinguirse:
o Masiva: Masa de suelos coherente, compacta.
o De grano simple: Masa no coherente, de partículas
sueltas.
- Débil: Agregados escasamente visibles y cuando se
disturba la muestra, pocos agregados pueden observarse.
- Moderado: Agregados fácilmente observados pero no
prominentes. Cuando se disturba la muestra, muchos
agregados enteros son visibles y pocos en estados de no
agregación.
- Fuerte: Agregados prominentes y visibles. Cuando se
disturba la muestra, la mayoría son agregados enteros.
2.2. Diagrama esquemático de los componentes físicos del suelo
2.3. Densidad real
Se le denomina también densidad de particulas o densidad de los
sólidos. Es una relación de la masa de suelo seco a la estufa (105°C)
por la unidad de volumen de los sólidos del suelo.
(
)
Donde:
ds = Densidad real.
Ms = Masa de los sólidos o masa de suelo seco a la estufa (105°C) en
gr.
Vs = Volumen de los sólidos en cm3.
La densidad de partículas tiene un valor promedio de 2.65gr/cm3 para la
mayoría se suelos minerales.
Tabla de densidad de componentes comunes del suelo (Baver 1956,
Robinson 1960).
Cuarzo
2.6 a 2.7
Olivino
3.20 a 3.50
Ortoclasa
2.54 a 2.57
Muscovita
2.75 a 3.10
Albita
2.605
Biotita
2.80 a 3.20
Oligoclasa
2.65
Hematita (Fe2O3)
4.90 a 5.30
Labradorita
2.68 a 2.71
Limonita
3.40 a 4.00
Anortita
2. 765
Fe (OH)3
3.73
Apatita
3.16 a 3.22
caolinita
2.50
Magnetita
4.90 a 5.20
Humus
1.37
Materia orgánica
1.20 a 1.70
Anfíboles y 2.90 a 3.60
Pyroxenos
Calcita
2.70
Podemos apreciar que el valor promedio de la densidad de partículas
dependerá de la cantidad de cada componente en el suelo.
El método más común para medir la densidad de partículas del suelo es
el que usa la botella de densidad o picnómetro. Como líquido de
desplazamiento se puede usar agua u otro disolvente orgánico. Tener
cuidado en eliminar completamente el aire del suelo.
2.4. Gravedad específica real: Es la relación entre la masa por unidad de
volumen de los sólidos del suelo comparada a la masa de un volumen
de agua destilada a 4°C.
2.5. Densidad aparente: Se le denomina también densidad de volumen. Es
la relación de la masa de suelo seco a la estufa (105°C) por la unidad de
volumen total del suelo.
Donde:
da = Densidad aparente.
Ms = Masa de los sólidos o masa de suelo seco a la estufa (105°C) en
gr.
VT = Volumen total del suelo en cm3.
La siguiente tabla da valores promedios de densidad aparente y % de
porosidad. Estos valores son muy generales y se presentan con el fin de
ilustrar en forma cualitativa el grado en que estos factores varían con la
textura del suelo, aun cuando otros factores tales como la estructura,
contenido de materia orgánica, contenido de humedad, etc., tienen
marcada influencia sobre estos.
CLASE TEXTUAL
DENSIDAD
% DE POROSIDAD
APARENTE
Arenoso
1.9–1.7gr/cm3
28-33
Franco arenoso
1.7–1.5gr/cm3
33-42
Franco limoso
1.5–1.3gr/cm3
42-51
Arcillosos
1.3 –1.1gr/cm3
51-59
Es muy importante disponer del valor de la densidad aparente por sus
múltiples aplicaciones, como por ejemplo:
- Para transformar los porcentajes de humedad de un suelo en términos
de lámina de agua en el suelo.
- Para calcular el porcentaje de porosidad y espacio aéreo conociendo
la densidad de particulas.
- Para estimar el estado de compactación del suelo.
- Para estimar el peso de la capa arable del suelo.
El método de determinación consiste en extraer muestras de suelo no
disturbado por medio de un cilindro de metal de volumen conocido (V T);
luego se secan las muestras de suelo en la estufa por 24 horas a 105°C
y por último se pesan para obtener la masa de suelo a la estufa (VS).
2.6. Gravedad específica aparente: Es la relación entre la masa de suelo
seco a la estufa por unidad de volumen total del suelo comparada a la
masa de un volumen igual de agua destilada 4°C.
2.7. Porosidad o espacio poroso.- Es el espacio de los poros en el suelo,
que puede estar ocupado por el aire o el agua en proporciones variables.
Es una razón, que no tiene dimensiones y se expresa generalmente en
porcentajes (por volumen).
El valor de porosidad es importante en las relaciones de humedad y aire;
pero el tamaño de los poros, que es difícil de determinar, es también
muy importante, debido a que la proporción del movimiento de agua a
través del suelo depende del tamaño de los poros (macroporos o
microporos).
La textura tiene fuerte influencia en la porosidad pero no como la
estructura que afecta el tamaño y la porosidad total.
La textura es esencialmente poco cambiable para un suelo dado, dentro
de un período de tiempo igual a la generación del hombre, pero la
estructura es influenciada por las labranzas, cultivos y otros factores; por
consiguiente afectaría las relaciones de espacio poroso y humedad.
2.8. Espacio poroso (aéreo): Es el espacio de los poros en el suelo, que no
está ocupado por el agua, en consecuencia su ecuación será:
(
(
)
)
El valor del espacio aéreo nos da una idea más directa de la aireación
del suelo. A veces esta cifra determina el nivel de la humedad de
capacidad de campo.
DETERMINANCION DE LA DENSIDAD APARENTE Y DENSIDAD REAL
Método de la probeta.
1. Materiales
-
3 Probetas de 100ml.
-
1 Suelo con agregados.
-
1 Suelo problema.
-
1 Suelo arena.
-
1 Tampón de jebe.
-
1 Vagueta de vidrio.
-
1 Lápiz cera para marcar vidrio.
-
3 Piezas papel para pesar.
-
1 Balanza con aproximación a 0.1gr.
2. Procedimiento
1. Pese 50 gr. de muestra de cada uno de los 3 suelos (use papel de pesar
y este seguro de compensar la tara del papel). Identifique las muestras y
anote el peso del suelo en la línea 1.
2. Marca cada una de las probetas para su identificación y coloque las
muestras de suelo en sus respectivos cilindros.
3. Deje caer la probeta sobre el tampón de goma por 10 veces desde una
altura de 5 cm. Anote el volumen final de cada una de las muestras en la
hoja de datos, línea 2.
4. Llene la línea 3 de la hoja de datos asumiendo que 1 ml. de agua pesa 1
gramo.
5. Calcule la densidad aparente y la gravedad específica aparente de cada
una de las muestras y anote sus resultados en las líneas 4 y 5.
6. Vacié las muestras sobre cada una de las piezas de papel. Tenga
cuidado para evitar pérdidas.
7. Llene cada una de las probetas exactamente con 50 ml. de agua. Anote
este dato en la línea 6.
8. Agregue cuidadosamente cada suelo a su respectiva probeta. Agite bien
la
mezcla
durante
la
adición
con
la
bagueta,
para
expulsar
completamente el aire. Tanto como sea posible rompa los agregados
individuales del suelo.
9. Después que la muestra esté libre de burbujas de aire y vaya
sedimentando, lea el volumen combinado del suelo y el agua anote en la
línea 7 de la hoja de datos.
10. Determine la suma de los volúmenes separados: del suelo y el agua,
anote en la línea 8. Observe que esta suma no es igual al actual
volumen de la mezcla suelo más agua (línea 7). En la mezcla el agua
está ocupando los espacios porosos que antes los ocupaba el aire.
11. La diferencia entre la suma de los 2 volúmenes (línea 8) y la medida del
volumen actual de la mezcla (línea 7) es una medida del espacio poroso
total, (línea 9). Esto es línea 8 menos línea 7 es la cantidad de aire
desplazado y esto es el aire que llenaba los espacios porosos cuando el
suelo estaba seco.
12. El volumen de los sólidos del suelo puede ser calculado sustrayendo el
espacio poroso total del volumen del suelo seco original (línea 2 menos
línea 9). Anote en la línea 10.
13. Usted conoce ahora cual es el peso de las partículas del suelo (el cual
es el mismo con o sin espacios porosos), y el volumen de las partículas
sólidas del suelo. Calcule la densidad de partículas y la gravedad
específica real.
14. Calcule el porcentaje de porosidad de cada una de las muestras. Esto se
hace simplemente dividiendo el volumen del espacio poroso entre el
volumen total del suelo seco y multiplicando por 100 para expresar en
porciento
.
HOJA DE DATOS N° 1
Densidad real
Suelo con
Y
Densidad aparente
Suelo
Suelo
problema con
Agregados
Agregados
Arena (3)
(1)
1. Peso del suelo
2. Volumen
suelo
inc.
Espacio poroso.
3. Peso de un volumen
igual de agua.
4. Densidad aparente (1:2)
5. Gr. específica aparente
(1:3)
Densidad dela partículas y gravedad específica
6. Volumen del agua
7. Volumen
de la mezcla
del suelo y agua.
8. Suma de volúmenes (6
+ 2).
9. Volumen
de espacios
porosos (8:7).
10. Volumen
de solidos
suelo (2:9)
11. Densidad de partículas
o D. real
12. Gravedad
real.
específica
destruido (2)
Espacios porosos u porosidad
13. Por ciento de porosidad
14. Por ciento porosidad por
seg. método por fórmula
datos met. Picnómetro.
15. Densidad
real
(met.
Picnómetro).
DETERMINACIÓN
DE
LA
DENSIDAD
DE
LAS
PARTÍCULAS
O
DENSIDAD REAL
(Método del picnómetro)
MATERIALES:
-
Muestras de suelo.
-
3 fiolas de 200 ml.
-
Balanza.
-
Vagueta de vidrio.
PROCEDIMIENTO:
1. Numere, pese y anote el peso de los tres picnómetros (fiolas) en la tabla
2. Este seguro que los picnómetros (fiolas) estén completamente secas.
2. Pesar el picnómetro lleno de agua destilada hasta la marca. Vaciar el
agua destilada, coloque 5 gramos de cada una de las tres muestras de
suelo proveídos en sus respectivos picnómetros, 20 grs. De suelo se
utiliza las fiolas de 200 ml.
3. Llene los picnómetros (fiolas) hasta la mitad de su volumen y agítelo
suavemente para expulsar completamente el aire que se encuentra
atrapado en el suelo.
4. Luego, cuidadosamente llenar el picnómetro (la fiola) con agua hasta la
marca calibrada. Agitar suavemente con la Vagueta de vidrio para
remover todas las burbujas de aire y pesar. Estar seguro que la parte
externa del picnómetro (de la fiola) esté limpia y seca.
5. Anote los datos en la tablas 2 y completarla.
Use la fórmula siguiente:
dg = densidad del agua.
Ps = peso del picnómetro (fiola) con suelo.
Pa = peso del picnómetro (fiola) con aire.
Pag = peso del picnómetro (fiola) lleno de agua.
Pags = peso del picnómetro (fiola) con agua y suelo.
Hoja de datos N° 2
N°
de Peso
del Peso de la Peso de la Peso
muestra picnómetro
fiola suelo fiola agua = picnómetro
o de la fiola = Ps
con aire =
Pa
Pag
Peso agua
Gravedad
despla. Pag
espe. real.
suelo agua Ps—Pa
Dr (sólido)
= Pags
Dr (agua)
Pags (3+21+4)
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
 Villachica L.H, Felipe M.C, Bazán T.R. 1972. Las propiedades físicas del
suelo. En: Manual de laboratorio de edafología. Pp. 38 – 49.