Los+fragmentos+de+roca

Los fragmentos de roca. Origen
e influencia en la infiltración y
propiedades hidráulicas de los suelos
Julián Leal Villamil
Edgar Alvaro Avila Pedraza
Deyanira Lobo Luján
Yelena Hernández Atencia
AGRADECIMIENTOS
Este documento es producto de la investigación realizada como
fundamentación teórica de la propuesta de tesis doctoral denominada Evaluación del comportamiento hidráulico de suelos
con presencia de fragmentos de roca en el perfil. Estudio de caso:
microcuenca Zanja Honda, cuenca baja del río Combeima (Ibagué,
Tolima), la cual es financiada con recursos provenientes de la
convocatoria 755/2016 para la formación de talento humano de
alto nivel para el Departamento del Tolima (Ministerio de Ciencia
Tecnología e Innovación y Gobernación del Tolima). Así mismo,
se contó con el apoyo académico y administrativo brindado por
la Facultad de Ingeniería Forestal de la Universidad del Tolima, a
través de su Programa de Doctorado en Planificación y Manejo
Ambiental de Cuencas Hidrográficas, como también la Facultad
de Ingeniería Agronómica de esta institución.
RESUMEN
Este libro tiene por objetivo mostrarle al lector aspectos básicos sobre los fragmentos de roca en el suelo y denotar cómo estos afectan la infiltración y las propiedades
hidráulicas de los suelos. Los suelos con fragmentos de roca (fr) están estrechamente
ligados a la génesis de las geoformas, de los cuales hacen parte. Los fr ejercen una
compleja influencia sobre los procesos hidrológicos del suelo (infiltración, evapotranspiración, generación de escorrentía, entre otros) y tienen gran relevancia en
el comportamiento de sus propiedades hidráulicas (phs). En este sentido, el conocimiento del comportamiento hidráulico de los suelos con fr es vital para el entendimiento y la modelación de diversos procesos ambientales, agrícolas, hidrológicos,
entre otros. El libro se desarrolla en seis capítulos, el primero trata sobre la génesis
de los suelos con fr, el segundo desarrolla algunas generalidades sobre los fr, en los
siguientes tres capítulos se describen los efectos que los fr pueden generar en la
infiltración y phs. En el capítulo sexto se plantean algunas perspectivas de investigación en esta temática. Con esta publicación se espera contribuir con el conocimiento
de la hidrodinámica de suelos con fr, la cual es fundamental para la modelación,
la planificación y la toma de decisiones en el territorio. Se concluyó que el comportamiento de la infiltración y phs en suelos con fragmentos está muy relacionado
con las características de los fr, lo cual explica la dificultad para la unificación de
criterios en esta temática. A su vez, es necesario realizar más investigaciones que
permitan establecer claramente su influencia, especialmente en suelos del trópico.
Palabras clave: conductividad hidráulica, física de suelos, hidrodinámica de suelos,
retención de agua en el suelo, suelos pedregosos.
¿Cómo citar este libro? / How to cite this book?
Leal Villamil, J., Avila Pedraza, E. A., Lobo Luján, D. y Hernández Atencia, Y. (2021).
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades hidráulicas
de los suelos. Ediciones Universidad Cooperativa de Colombia,
DOI: https://doi.org/10.16925/9789587603439
ABSTRACT
The objective of this book is to show to the reader basic aspects of rock fragments in the soil and to show how they affect the infiltration and the hydraulic
properties of soils. Soils with rock fragments (rf) are closely linked to the genesis
of the landform of which they are part. The rf exert a complex influence on the
hydrological processes in the soil (infiltration, evapotranspiration, generation of
runoff, among others) and have a great relevance in the behavior of its hydraulic
properties (shp). In this sense, knowledge of the hydraulic behavior of soils with rf
is vital for understanding and modeling various environmental, agricultural, and
hydrological processes, among others. The book is developed in six chapters, the
first deals with the genesis of soils with rf, the second develops some generalities on
rf, the following three chapters describes the effects that rf can have on infiltration
and shp. The sixth chapter presents some research perspectives on this topic. With
this publication it is hoped to contribute to the knowledge of the hydrodynamics of
soils with rf which is fundamental for the modeling, planning and decision making
in the territory. It was concluded that the behavior of infiltration and shp in stony
soils is closely related to the rf characteristics, which explains the difficulty in unifying criteria in this area. In turn, more research is needed to clearly establish its
influence, especially in tropical soils.
Palabras clave: hydraulic conductivity, soil hydrodynamic, soil physics, soil water
retention, stony soils.
Los fragmentos de roca. Origen
e influencia en la infiltración y
propiedades hidráulicas de los suelos
Julián Leal Villamil
Edgar Alvaro Avila Pedraza
Deyanira Lobo Luján
Yelena Hernández Atencia
Grupo de Investigación en Ciencias del Suelo (Gricis)
Grupo Interdisciplinario de Investigación en Fruticultura Tropical
Equipo de Trabajo en Ciencia del Suelo (Fagro), UCV (Venezuela)
Grupo de Investigación Agua y Desarrollo Sostenible en Ingeniería Civil (Aqua)
Catalogación en la publicación – Biblioteca Nacional de Colombia
Los fragmentos de roca : origen e influencia en la infiltración y propiedades hidráulicas de
los suelos / Julián Leal Villamil ... [et. al.]. -- Bogotá : Ediciones Universidad Cooperativa de
Colombia, 2021.
p. – (Colección general de investigación)
Incluye datos de los autores. -- Contiene referencias bibliográficas. -- Texto en español con
resumen en inglés.
ISBN 978-958-760-341-5 (impreso) -- 978-958-760-343-9 (e-pub) -- 978-958-760-342-2 (pdf)
1. Permeabilidad de suelos 2. Infiltración del suelo 3. Mecánica de rocas 4. Física de suelos I.
Leal Villamil, Julián II. Serie
CDD: 624.15136 ed. 23
CO-BoBN– a1088924
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades hidráulicas de
los suelos
© Ediciones Universidad Cooperativa de Colombia, Bogotá, septiembre de 2021.
© Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández
Atencia
ISBN (impreso): 978-958-760-341-5
ISBN (EPUB): 978-958-760-343-9
ISBN (PDF): 978-958-760-342-2
DOI: https://doi.org/10.16925/9789587603439
Colección general de investigación
Recepción: agosto de 2020
Evaluación de contenidos: octubre de 2020
Corrección de autor: octubre de 2020
Aprobación: noviembre de 2020
Fondo editorial
Director Nacional Editorial, Julián Pacheco Martínez
Especialista en Gestión Editorial, Daniel Urquijo Molina
Especialista en Producción Editorial (revistas), Andrés Felipe Andrade Cañón
Especialista en Producción Editorial (libros), Camilo Moncada Morales
Analista Editorial, Claudia Carolina Caicedo Baquero
Asistente Editorial: Héctor Gómez
Proceso editorial
Corrección de estilo y lectura de pruebas, María Elvira Mejía
Diagramación y diseño, Juan Pablo Rátiva González
Impresión, Shopdesign S.A.S.
Impreso en Bogotá, Colombia.
Depósito legal según el Decreto 460 de 1995.
Nota legal
Todos los derechos reservados. Ninguna porción de este libro podrá ser reproducida, almacenada en
algún sistema de recuperación o transmitida en cualquier forma o por cualquier medio –mecánicos,
fotocopias, grabación y otro–, excepto por citas breves en textos científicos, sin la autorización previa y
por escrito del Comité Editorial Institucional de la Universidad Cooperativa de Colombia.
CONTENIDO
AGRADECIMIENTOS
4
LISTA DE ABREVIATURAS
17
INTRODUCCIÓN
19
Origen de los fragmentos de roca en el suelo y su relación
con el paisaje
23
Introducción
23
Suelos pedregosos de los paisajes montañosos
24
Suelos pedregosos de los paisajes de piedemonte
28
Suelos pedregosos de los paisajes de valle y planicie aluvial
35
Generalidades sobre las propiedades hidráulicas
y los fragmentos de roca en el suelo
39
Introducción
39
Definición y sistemas de clasificación de fragmentos de roca
43
Distribución geográfica de suelos con fragmentos de roca
44
Posición de los fragmentos de roca en el perfil del suelo
e influencia sobre la infiltración y las propiedades hidráulicas
47
Metodología empleada
50
Resultados
52
Base de datos de estudios consultados
52
Funciones de pedotransferencia
58
Efecto de los fragmentos de roca en la infiltración
de agua en el suelo
61
Efecto de los fragmentos de roca ubicados sobre la superficie
del suelo o parcialmente embebidos en el horizonte superficial
62
Efecto de los fragmentos de roca ubicados dentro del perfil
del suelo
67
Efecto de los fragmentos de roca en la conductividad
hidráulica del suelo
71
Conductividad hidráulica no saturada
71
Conductividad hidráulica saturada
74
Efecto de los fragmentos de roca en la capacidad
de retención de agua del suelo
83
Perspectivas en la investigación de la influencia de los
fragmentos de roca sobre la infiltración y propiedades hidráulicas
de los suelos
91
CONCLUSIONES
95
REFERENCIAS
99
SOBRE LOS AUTORES
125
ANEXOS
128
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Suelos con fragmentos de roca de ambiente glaciárico
25
Figura 2. Roca dura y coherente (contacto lítico) que origina el suelo por la acción de factores y procesos formadores
25
Figura 3. Suelos con fragmentos provenientes del frente de meteorización de la roca dura y coherente
26
Figura 4. Suelos con fragmentos en laderas de zonas montañosas
27
Figura 5. Suelos con fragmentos de roca tipo bombas, en sectores
próximos a volcanes
29
Figura 6. Suelos con fragmentos de roca tipo lapilli (bajo depósitos de
ceniza volcánica) en laderas de montañas con influencia volcánica
29
Figura 7. Suelos con fragmentos de roca de coluvios de piedemonte
30
Figura 8. Geoforma originada por depósitos de materiales de tipo diluvial (abanico)
31
Figura 9. Suelos con fragmentos de roca en abanicos diluviales (ápice del abanico)
32
Figura 10. Suelos con fragmentos de roca en abanicos diluviales (cuerpo del abanico)
33
Figura 11. Suelos con fragmentos en abanicos de depositación aluvial o fluvial (cuerpo de abanico)
34
Figura 12. Suelos de lomas con fragmentos de roca (originadas por degradación de abanicos)
35
Figura 13. Suelos de valle con presencia de capas de fragmentos de roca
36
Figura 14. Suelos de planicie aluvial con incidencia de fragmentos de roca en el perfil del suelo
37
Figura 15. Sistemas de clasificación de suelos de acuerdo con el contenido volumétrico porcentual de fragmentos de roca en su perfil
45
Figura 16. Sistemas de clasificación del tamaño para los fragmentos de roca
46
Figura 17. Distribución temporal de las publicaciones referentes
a la infiltración y propiedades hidráulicas en suelos con
fragmentos de roca
53
Figura 18. Publicaciones que relacionan la infiltración, tasa
de infiltración y las propiedades hidráulicas de suelos con
fragmentos de roca
53
Figura 19. Número de publicaciones reportadas por cada temática
de investigación
54
Figura 20. Propiedades de los fragmentos de roca descritas por las
publicaciones recopiladas
55
Figura 21. Distribución geográfica de las publicaciones científicas
relacionadas con el estudio de la infiltración y propiedades
hidráulicas de suelos con fragmentos de roca
56
Figura 22. Publicaciones realizadas por temática de investigación
en relación al estudio de la infiltración y propiedades hidráulicas
de suelos con fragmentos de roca
57
Figura 23. Publicaciones realizadas por temática de investigación en
relación con el estudio de las propiedades de los fragmentos de roca
58
Figura 24. Efectos que genera la posición de fragmentos de roca
sobre la infiltración de la superficie del suelo
65
/ 14 /
Figura 25. Efecto del incremento del contenido de fragmentos
de roca en suelo sobre el flujo de agua en condiciones de saturación
78
Figura 26. Influencia ambivalente del contenido de fragmentos
de roca del suelo sobre la Ks
81
/ 15 /
LISTA DE ANEXOS
Anexo 1. Investigaciones realizadas referentes a la influencia
de los fragmentos de roca sobre la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
128
Anexo 2. Funciones de pedotransferencia para la estimación
de la infiltración y las propiedades hidráulicas en suelos con
fragmentos de roca
141
/ 16 /
LISTA DE ABREVIATURAS
aashto:
Asociación Americana de Autopistas Estatales y Transporte
Oficial.
bscs:
cc:
Sistema Británico de Clasificación del Suelo.
capacidad de campo.
cfr:
contenido de fragmentos de roca.
cobfr:
cobertura superficial de fragmentos de roca.
cras:
capacidad de retención de agua en el suelo.
crad:
capacidad de retención de agua disponible.
cssc:
Sistema Canadiense de Clasificación del Suelo.
dfr:
distribución de los fragmentos de roca.
epss:
erosión y producción de sedimentos del suelo.
fao:
Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la
Agricultura.
ffr:
fr:
i:
forma de los fragmentos de roca.
fragmentos de roca.
infiltración acumulada.
i: tasa de infiltración.
isss:
Sociedad Internacional de la Ciencia del Suelo.
iuss:
Unión Internacional de Ciencias del Suelo.
Kq: conductividad hidráulica no saturada del suelo.
Ks: conductividad hidráulica saturada del suelo.
/ 17 /
mas:
movimiento del agua en el suelo.
mcss:
mfr:
Sistema de Clasificación Morfogenética de Suelos Eslovacos.
grado de meteorización de los fragmentos de roca.
pfr:
posición de los fragmentos de roca.
phs:
propiedades hidráulicas del suelo.
pmp:
punto de marchitez permanente.
pps:
porosidad y permeabilidad del suelo.
rdas:
retención y disponibilidad de agua en el suelo.
rw:
revisión de literatura o del estado del arte.
tfr:
tamaño de los fragmentos de roca.
ts:
transporte de solutos.
usda:
Departamento de Agricultura de los Estados Unidos.
/ 18 /
INTRODUCCIÓN
Los suelos con fragmentos de roca (fr) están estrechamente ligados a
la génesis de las geoformas de los cuales hacen parte; usualmente, los
fr
poseen muchas de las propiedades de su material parental y, en oca-
siones, existe influencia de materiales externos (exsitu). Los fr ejercen
una compleja influencia sobre los procesos hidrológicos del suelo (infiltración, evapotranspiración, generación de escorrentía, entre otros)
y tienen una alta relevancia en el comportamiento de sus propiedades
hidráulicas (phs), es decir, la conductividad hidráulica saturada e insaturada y capacidad de retención de agua en el suelo.
A pesar de la importancia que los
fr
pueden ejercer sobre la hidro-
dinámica del suelo, son relativamente escasas las publicaciones dedicadas al estudio de esta área del conocimiento. Si bien, existen algunos
capítulos de libro y artículos de revisión en los cuales se ha abordado
la influencia de los fr en la infiltración y las phs, usualmente estos documentos no alcanzan a abarcar la totalidad de variables hidrodinámicas
del suelo; sumado a ello, la literatura en el tema usualmente se encuentra
en idiomas diferentes al español, lo que dificulta su difusión en países
hispanoamericanos. A su vez, la elaboración de estos escritos se ha
producido en diferentes décadas, lo cual implica que muchos de ellos
no contemplen los más recientes avances científicos en la materia.
/ 19 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
También es de resaltar que a la fecha no existe un libro dedicado a la
divulgación de este conocimiento en particular.
Este libro tiene por objetivo permitir que el lector conozca aspectos
generales sobre los fr en el suelo y cómo estos afectan la infiltración y
las phs, ya que los suelos pedregosos son altamente variables en comportamiento y muy complejos para la medición de sus propiedades hidrodinámicas; esta temática investigativa es tema de debate académico en el
ámbito internacional y aun requiere mayores esfuerzos investigativos
para su pleno entendimiento y comprensión.
En este libro se hizo especial énfasis en la búsqueda de información
que permitiera explicar la génesis del suelo y su relación con los fragmentos de roca, como también la influencia de estos sobre estas propiedades hidrodinámicas de los suelos. La revisión fue realizada mediante
el análisis minucioso de la literatura publicada en diferentes lugares del
mundo y en diferentes épocas, a partir de la consulta en diversas bases
de datos y documentos relacionados con el tema de interés. En total, se
consultaron 163 documentos, de los cuales el más antiguo data de 1943.
Como resultado de la recopilación realizada se desarrolló una base
de datos con la información presentada por las publicaciones, la cual
fue sujeto de análisis por parte de los autores para establecer, no solamente las principales características de los estudios, sino también sintetizar las influencias de los fr sobre la infiltración y la phs, reportadas
por los diversos estudios; lo anterior permitió afirmar que estos efectos
pueden ser positivos, negativos y, en algunos casos, ambivalentes. De
este modo, este libro puede ser considerado como la más completa
recopilación investigativa en el campo de la hidrodinámica de suelos
con fr, pues compila y le brinda al lector la síntesis de más de 50 años
de avances científicos en este campo. Este documento recoge no solo
los avances presentados en el campo de la hidrodinámica de suelos con
fr,
sino que también está diseñado de una manera más completa, en el
/ 20 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
sentido que le permite al lector conocer los aspectos generales de los fr y
comprender el proceso de formación o pedogénesis de esta clase de suelos.
Los resultados permiten establecer que se presentan contradicciones en los resultados obtenidos por las diversas investigaciones en el
ámbito mundial en la materia, en algunos casos los comportamientos
pueden ser positivos, negativos o ambivalentes ante determinados
valores umbral en el contenido de
fr
del suelo. Esta situación puede
originarse por varios factores entre los cuales se destacan el objetivo
del estudio, los métodos empleados (métodos de medición en campo,
medición en laboratorio o simulaciones computacionales), las condiciones propias del suelo empleado y las propiedades particulares de los fr
utilizados. Otro aspecto por resaltar como resultado de este trabajo es
el hecho de que los suelos con fr, ubicados en las zonas tropicales, son
los que han sido estudiandos en menor proporción en comparación con
otras áreas del mundo; además, el entendimiento de los efectos hidráulicos de los fr en los suelos es un gran reto en la investigación futura, ya
que su comportamiento, es particular, puede ser considerado como uno
de los más complejos en los suelos del planeta.
Se considera que la información contenida en esta publicación será
de mucha utilidad para los planificadores del territorio y las entidades u
organismos que toman decisiones sobre los recursos hídricos o ambientales de una región, ya que, por medio de esta compilación, se pueden
llegar a entender comportamientos hidrológicos e hidrodinámicos de
los suelos pedregosos presentes en una región, en particular, facilitando
no solo su comprensión y manejo, sino también elaborar mejores modelaciones hidrológicas y ecológicas. Además, este documento puede
ser un material de consulta y aporte para profesiones relacionadas con
el suelo, como son: la ingeniería civil, ingeniería agronómica, ingeniería forestal, ingeniería ambiental, ingeniería de recursos hidráulicos,
entre otras.
/ 21 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Para un mayor entendimiento de este libro se recomienda que el
lector aborde secuencialmente los capítulos dispuestos en la obra; como
tal, este libro está compuesto por seis capítulos. El primer capítulo pretende adentrar al lector sobre el origen de los suelos con fragmentos
de roca desde una perspectiva geomorfológica, orientada por la génesis
del paisaje en el cual se presentan. En el segundo capítulo se abordan
generalidades sobre los fragmentos de roca, como son, su definición, sistemas de clasificación, distribución geográfica en el mundo, posición en
el perfil del suelo. Adicionalmente, se muestra la metodología empleada
para esta investigación junto con el análisis de la base de datos de los
estudios consultados y se caracterizan algunas de las funciones de pedotransferencia para suelos pedregosos reportadas por dichos estudios.
En el capítulo tres se describen los resultados obtenidos por las investigaciones recopiladas en lo referente a la influencia de los fragmentos de roca en la infiltración del suelo; así mismo, en el capítulo cuarto
y quinto se muestran los resultados de las recopilaciones bibliográficas
con respecto al efecto de los fragmentos de roca en la conductividad
hidráulica (saturada y no saturada) y sobre la capacidad de retención
de agua del suelo, respectivamente. En el capítulo sexto se abordan
algunas perspectivas sobre la investigación en este campo y, posteriormente, se plantean las conclusiones presentaddas por los autores.
Se espera que este libro contribuya al conocimiento sobre la caracterización y el comportamiento de los suelos con fragmentos de
roca; al mismo tiempo, que permita fomentar el interés investigativo
en los lectores, para que, a partir de este documento, se puedan realizar nuevas investigaciones en suelos pedregosos, especialmente, en
zonas tropicales.
/ 22 /
ORIGEN DE LOS FRAGMENTOS DE
ROCA EN EL SUELO Y SU RELACIÓN
CON EL PAISAJE
Introducción
En general, los suelos heredan muchas de sus propiedades del material parental del cual se originan; sin embargo, no toda esta herencia
proviene de las rocas propias de cada lugar (in situ). Existen geoformas
o paisajes en los que el material que da origen a los suelos viene transportado de otros lugares, bien sea por el efecto de la gravedad o fuertes
pendientes, aspecto que, influenciados por otros factores de tipo altitudinal, climático o antrópico, ocasionan el transporte de materiales (sedimentos, fragmentos de roca, vegetación) en forma de material sólido,
en corrientes de agua o en flujos de lodo.
Los suelos con fragmentos de roca están estrechamente ligados a
la génesis de las geoformas de los cuales hacen parte. En paisajes montañosos, la gravedad y las fuertes pendientes influyen de manera importante en los procesos de movimientos masales (suelo, roca, material
vegetal) que se desplazan a lo largo de las pendientes, algunos, incluso,
llegan hasta la base de estos sistemas montañosos (coluvios). Por su
parte, los suelos con fragmentos de roca de los paisajes de carácter
/ 23 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
depositacional (piedemontes, valles y planicies aluviales) deben su origen principalmente al efecto conjunto de la gravedad, fuertes pendientes, uso y cobertura del suelo y el agua de escorrentía, que en conjunto,
potencian el desprendimiento y el transporte de materiales en forma
diluvial (lodos, lahares), aluvial o fluvial (corrientes de agua) y coluvial
(desprendimientos, deslizamientos o desplomes). En la mayoría de estas
geoformas, el factor común en su formación es el desprendimiento
(pérdida) de materiales de algún lugar, transporte a través de las pendientes del terreno y depositación en otros sectores donde el gradiente
de pendiente se reduce considerablemente.
A continuación, se realiza una breve reseña de cómo se originan
los fragmentos de roca en los suelos colombianos y la marcada influencia que ejerce sobre estos la génesis de los paisajes o geoformas donde
se encuentran.
Suelos pedregosos de los paisajes montañosos
En los paisajes de montaña, la pendiente y el clima juegan un papel
importante, no solamente en el modelado del paisaje, sino además en
la configuración de la morfología de los suelos (Instituto Geográfico
Agustín Codazzi [igac], 2005). En los sectores donde la altitud permitió
la formación de glaciares, estos, junto con los procesos de meteorización
física de los suelos, realizaron el modelado del relieve; aquí, el desplazamiento de las masas de hielo sobre la superficie del terreno, fracturaron, transportaron y depositaron fragmentos de roca a lo largo de su
desplazamiento. Al retirarse los glaciares, estos materiales fragmentados
se han mezclado con el suelo que lentamente ha venido evolucionado,
lo que genera suelos con una morfología particular en la que el contenido de fragmentos de diferente tamaño y naturaleza es común en la
profundidad del perfil (figura 1). Los suelos asociados a estos paisajes
/ 24 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
generalmente corresponden a los subgrupos taxonómicos Typic o Lithic
Cryorthents.
En otro grupo de suelos de montaña, los mantos rocosos duros y coherentes que se encuentran bajo el suelo a diferentes profundidades (figura
2), a través del tiempo, han sido afectados por procesos de meteorización
que los han ido transformando paulatinamente hasta convertirlos en
material de suelo. Este proceso se da luego de cientos o miles de años de
la acción conjunta de los factores y los procesos de formación del suelo,
y es la forma como se renuevan permanentemente los suelos de estos
ambientes montañosos.
Figura 1. Suelos con fragmentos de roca de ambiente glaciárico
Fuente: elaboración propia.
Figura 2. Roca dura y coherente (contacto lítico) que origina el suelo por la
acción de factores y procesos formadores
Fuente: elaboración propia.
/ 25 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
En el proceso de transformación del material rocoso duro y coherente, el frente del manto rocoso es afectado por procesos de alternancia de
temperatura entre los días y las noches, y entre estaciones climáticas,
de forma que van sufriendo procesos de expansión y contracción que
generan su fracturamiento y el inicio de una serie de reacciones fisicoquímicas que inician su alteración (meteorización química). El material
que se fragmenta en el frente de meteorización se va mezclando con el
material de suelo que lo suprayace (figura 3), lo cual afecta la morfología
del perfil, en el que generalmente se aprecian fragmentos de roca de
diferentes tamaños embebidos en una matriz de material más fino. Esta
es la manera como algunos suelos de ladera que se desarrollan in situ,
como es el caso de algunos suelos de los subgrupos líticos de los subórdenes Orthents, Udepts y Ustepts que adquieren contenidos variables
de fragmentos de roca de diferente tamaño, dureza y naturaleza que se
distribuyen de forma heterogénea en el perfil del suelo.
Figura 3. Suelos con fragmentos provenientes del frente de meteorización
de la roca dura y coherente
Fuente: elaboración propia.
/ 26 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
La acción de la gravedad en las zonas de montaña, especialmente
en los sectores de mayor pendiente (generalmente superiores al 50 %),
conjuntamente con la acción tectodinámica de la corteza terrestre,
provocan el desprendimiento y el movimiento en masa de material
de suelo, fragmentos de roca y material vegetal, que se movilizan a
través de la superficie del terreno y se depositan en sectores pendiente
abajo, de forma que los suelos que se originan a partir de esos depósitos
transportados generalmente han ganado contenidos importantes de
fragmentos de roca de diferente tamaño, forma, naturaleza y composición (figura 4). Esta dinámica hace que, en muchos de los suelos de
montaña (Entisoles e Inceptisoles), especialmente localizados en las
laderas más pronunciadas, sea común la presencia de fragmentos de
roca, especialmente de fragmentos tipo guijarro, piedra y pedregón,
que se distribuyen en el perfil de forma heterogénea en los diferentes
horizontes o capas que los constituyen.
Figura 4. Suelos con fragmentos en laderas de zonas montañosas
Fuente: elaboración propia.
/ 27 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
La acción volcánica también ejerce una influencia importante
sobre el origen de suelos con fragmentos. En zonas de influencia volcánica, como es el caso de la cordillera central andina de Colombia, el
conjunto de volcanes distribuidos a lo largo de este eje cordillerano, a
través de su historia geológica han presentado eventos de expulsión
de materiales (piroclastos), que van desde ceniza volcánica hasta fragmentos sólidos de gran tamaño. La ceniza volcánica, por su reducido
tamaño y bajo peso específico, se ha distribuido en amplios sectores, no
solo de la cordillera central, sino también de las cordilleras oriental y
occidental, lo que ha generado extensos depósitos de diferente espesor,
a partir de los cuales han evolucionado un importante grupo de suelos
(Andisoles), generalmente profundos y con importantes contenidos de
materia orgánica.
En los lugares más próximos a los volcanes, los suelos han sido afectados en su génesis por el aporte de fragmentos de roca de diferente
tamaño, los cuales, a través de su historia geológica, se han depositado
en sectores aledaños, lo que, a su vez, ha generado otro grupo importante de suelos (Entisoles e Inceptisoles, especialmente), caracterizados
por la presencia de fragmentos en el perfil del suelo, en este caso de
naturaleza volcánica extrusiva (figuras 5 y 6).
Suelos pedregosos de los paisajes
de piedemonte
El piedemonte es considerado un paisaje que se caracteriza por ser un
plano inclinado que se localiza entre un relieve montañoso y un relieve
plano. El origen del piedemonte está ligado a procesos de depositación
de materiales provenientes de la zona montañosa, bien sea en forma
coluvial, diluvial o aluvial.
/ 28 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Figura 5. Suelos con fragmentos de roca tipo bombas, en sectores
próximos a volcanes
Fuente: elaboración propia.
Figura 6. Suelos con fragmentos de roca tipo lapilli (bajo depósitos de
ceniza volcánica) en laderas de montañas con influencia volcánica
Fuente: elaboración propia.
/ 29 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Los depósitos de tipo coluvial corresponden a materiales que se movilizan de las partes altas de las montañas hacia la base de estas y cuyo
movimiento es originado principalmente por efecto del desnivel. En
este tipo de depósitos, los materiales son transportados principalmente
por acción gravitacional e hidrogravitacional, a través de desprendimientos, deslizamientos, derrumbes o desplomes. Los fragmentos de
roca en este tipo de geoformas normalmente son pobremente sorteados, distribuidos de manera heterogénea sin ningún tipo de estratificación y de tamaños variables, que van desde gravas hasta pedregones
o cantos rodados de tamaño superior a los 60 cm (figura 7). Los suelos
de coluvios (zona de depositación del material coluvial) que presentan
mayores contenidos de fragmentos en el perfil, normalmente están
asociados con suelos de baja evolución, especialmente de los subórdenes Orthents, Udepts y Ustepts. La génesis de estas geoformas conlleva
también a que los fragmentos de roca transportados queden expuestos
sobre la superficie del suelo; no obstante, muchos de ellos son recogidos,
especialmente en los sectores de menor pendiente, para facilitar el manejo de los suelos. En los coluvios el rango de pendiente que predomina
normalmente oscila entre el 12 % y el 50 %.
Figura 7. Suelos con fragmentos de roca de coluvios de piedemonte
Fuente: elaboración propia.
/ 30 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Los depósitos de tipo diluvial tienen su origen generalmente en el
interior de grandes sistemas montañosos, donde, por diversos factores,
se generan cantidades importantes de lodos que descienden violentamente por depresiones intramontanas y se explayan sobre terrenos
bajos, generalmente colindantes con el sistema montañoso (figura 8).
La cantidad de agua concentrada en los lodos influye en la mayor o
menor extensión que estos pueden alcanzar, incidiendo de manera importante en el desnivel superficial de la geoforma que se origina por la
depositación de estos materiales. Los suelos que se originan a partir de
la formación de estos relieves se caracterizan por presentar fragmentos
de roca de diverso tamaño, forma y naturaleza, cuyo sorteamiento en
la matriz del suelo es desordenado a través de todo el perfil edáfico.
Muchos fragmentos de roca quedan expuestos sobre la superficie de
estos depósitos, limitando de manera importante las labores de labranza y mecanización cuando son dedicados a actividades agrícolas.
Figura 8. Geoforma originada por depósitos de materiales
de tipo diluvial (abanico)
Fuente: elaboración propia.
De acuerdo con igac (2005), estas geoformas se conocen como abanicos (figura 8). Su nombre lo deben a la forma que adquiere la disposición
de los lodos al consolidarse y están constituidos fundamentalmente
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Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
por tres partes: a) ápice: que corresponde a la parte más angosta del
abanico y que queda más estrechamente ligada a la base del sistema
montañoso (figura 9), b) cuerpo: que corresponde a la parte intermedia
de este (figura 10), y c) base, que corresponde a la parte más amplia y
final de la geoforma. Por la intensa energía y manera violenta en la
que estos lodos se han desplazado, los fragmentos de roca quedan distribuidos sin ningún sorteamiento en las tres partes que conforman el
abanico (ápice, cuerpo y base), de forma que es factible encontrar en
estos suelos fragmentos de diverso tamaño localizados a lo largo, ancho
y profundo del abanico.
Figura 9. Suelos con fragmentos de roca en abanicos diluviales
(ápice del abanico)
Fuente: elaboración propia.
Los abanicos de carácter diluvial, generalmente, tienen una superficie plana conocida como terraza, cuya pendiente oscila normalmente
entre el 3 % y el 12 %. Lateralmente están limitados por escarpes de pendientes más pronunciadas, por lo general, oscilantes entre el 25 % y el
75 %. En ellos predominan especialmente suelos de los órdenes entisol,
inceptisol y alfisol. Cuando los lodos que originan estos suelos traen
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Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
cargas importantes de materiales de origen volcánico se les conoce
como lahares.
Figura 10. Suelos con fragmentos de roca en abanicos diluviales
(cuerpo del abanico)
Fuente: elaboración propia.
Los depósitos de tipo aluvial o fluvial corresponden a materiales
que son transportados por las corrientes de agua (ríos, caños y quebradas) que descienden de los sectores montañosos y que son depositados
corriente abajo cuando estos drenajes salen a las zonas planas. La forma
de depositación de estos sedimentos constituyen también geoformas de
tipo abanico, en las que se distinguen también el ápice, el cuerpo y la
base, mencionadas anteriormente.
Por la forma en que se depositan estos materiales, normalmente en
el ápice del abanico se concentran en su mayoría los fragmentos de roca
de mayor tamaño, los cuales quedan embebidos en la matriz de tierra
fina del suelo. Materiales más finos, tipo gravas, arenas y limos, son
depositados posteriormente constituyendo el cuerpo del abanico (figura
11). Finalmente, los sedimentos más finos son transportados por el agua
durante trayectos más largos, conformando la base del abanico.
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Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Generalmente, en el ápice de los abanicos aluviales se localizan
suelos del orden entisol (orthents), mientras que en el cuerpo y base
predominan suelos de los órdenes inceptisol, molisol, vertisol y alfisol.
Las pendientes de los abanicos aluviales generalmente son más pronunciadas en el ápice (del 12 % al 25 %), menos inclinadas en el cuerpo
(7-12 %) y casi planas en la base (3-7 %).
Figura 11. Suelos con fragmentos en abanicos de depositación
aluvial o fluvial (cuerpo de abanico)
Fuente: elaboración propia.
Cuando los abanicos aluviales o diluviales son degradados o desgastados por acción del agua de escorrentía en el proceso natural de
desgaste que tienen los paisajes, las geoformas resultantes son las lomas
(figura 12). Estas lomas heredan la distribución de materiales del depósito que dio origen al abanico inicialmente formado.
Las lomas originadas a partir de este proceso se caracterizan por
presentar generalmente laderas de corta extensión, de formas ligeramente convexas y cimas redondeadas. Los suelos en estas lomas
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Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
pueden variar desde entisoles e inceptisoles, hasta alfisoles, molisoles
y vertisoles, todos ellos con presencia de fragmentos de roca en alguna
posición del perfil.
Figura 12. Suelos de lomas con fragmentos de roca (originadas por
degradación de abanicos)
Fuente: elaboración propia.
Suelos pedregosos de los paisajes
de valle y planicie aluvial
Los valles son paisajes que se caracterizan por presentar una franja
de terreno relativamente estrecha y plana a ligeramente plana, que
se encuentra confinada entre dos paisajes de mayor altura (igac, 2005).
Generalmente, a lo largo de los valles se desplaza una corriente fluvial,
la cual, a través del tiempo, ha transportado los materiales que se han
depositado a lado y lado de su cauce. Este curso de agua es el que transporta, en su mayoría, los depósitos que han formado el valle y que dan
origen a sus suelos; sin embargo, los pequeños cauces laterales que
descienden hacia el cauce principal de manera local, también aportan
materiales que inciden en la formación de los suelos del valle.
La cantidad, el tamaño y la naturaleza de los materiales transportados, tanto por el cauce principal, como por los afluentes secundarios,
están directamente asociados con procesos de erosión y remoción en
/ 35 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
masa que se dan aguas arriba y que durante los procesos de desbordamiento fluvial van depositando y contribuyendo a la formación de
los suelos de este paisaje. En ocasiones, los materiales transportados
corresponden a fragmentos de roca que son depositados, bien sea mezclados con sedimentos de tamaño inferior a los 2 mm (fracción de tierra
fina), o dispuestos en capas con escasa matriz de suelo.
Los suelos asociados a los valles se presentan, generalmente, dispuestos a cualquier profundidad del perfil, depósitos de materiales
constituidos por fragmentos de roca que en algún momento de la génesis del paisaje fueron removidos de sectores aguas arriba, transportados por la corriente fluvial y, posteriormente, depositados de manera
torrencial en las vegas o planos inundables (figura 13). En algunas vegas
de los valles es común también encontrar fragmentos de roca, en especial, gravas, cascajos y guijarros, dispuestos sobre la superficie del suelo,
y cuyo transporte y depositación es debida, tanto al aporte del cauce
principal, como de los afluentes laterales.
Figura 13. Suelos de valle con presencia de capas de fragmentos de roca
Fuente: elaboración propia.
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Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Las planicies aluviales son paisajes que se han formado cuando las
corrientes fluviales en su descenso de la parte montañosa buscan su
nivel de base local o regional y han depositado materiales (sedimentos y fragmentos de roca) en su recorrido por sectores planos, en su
mayoría, constituidos por sedimentos de tamaño inferior a los 2 mm
de diámetro, lo que se conoce comúnmente como “fracción de tierra
fina”. Sin embargo, en ocasiones, estas corrientes hídricas transportan y
distribuyen aguas abajo depósitos de materiales constituidos por fragmentos de roca de diferente tamaño, naturaleza y composición (figura
14). Tal como se observa en esta figura, los fragmentos transportados
por corrientes fluviales durante ciertas distancias generalmente toman
formas redondeadas por efecto de la fricción que ocurre entre ellos durante su transporte. Por lo general, estos fragmentos se depositan en el
suelo embebidos en una matriz de sedimentos (arcillas, limos y arenas).
Figura 14. Suelos de planicie aluvial con incidencia de fragmentos
de roca en el perfil del suelo
Fuente: elaboración propia.
/ 37 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Todo lo expuesto en este capítulo permite entender mejor la estrecha relación que existe entre la génesis del paisaje y la formación de
suelos que hace parte de este proceso. La presencia de fragmentos
de roca dentro de los suelos influye de manera importante sobre las
propiedades hidrodinámicas y la capacidad de retención de agua de
estos. El contenido, el tamaño, la forma, la consistencia, la naturaleza
y la distribución de los fragmentos de roca en el perfil dependen de
la velocidad de entrada del agua en el suelo (infiltración), la velocidad
con que se moviliza dentro de este (permeabilidad) y la capacidad de
retenerla en los diferentes horizontes del perfil edáfico. En los capítulos
siguientes se realiza una completa revisión sobre el efecto de los fragmentos de roca en la infiltración, el movimiento y el almacenamiento
de agua en el suelo.
/ 38 /
GENERALIDADES SOBRE LAS PROPIEDADES
HIDRÁULICAS Y LOS FRAGMENTOS DE
ROCA EN EL SUELO
Introducción
La respuesta hidrológica de las cuencas hidrográficas o de un área ante
las condiciones meteorológicas puede estar determinada por los flujos
de agua generados en la interacción entre los componentes del suelo,
la vegetación y la atmósfera; en este sentido, los modelos hidrológicos
son una buena alternativa para estimar estos flujos de agua (Hingray
et al., 2014). Beven (2012) comenta que a pesar de que los modelos hidrológicos son una valiosa herramienta para el reconocimiento de los
comportamientos hidrológicos en cuencas hidrográficas, estos modelos
usualmente requieren datos de entrada como es la tasa de infiltración
(i) y las propiedades hidráulicas del suelo (phs), las cuales, en muchas
ocasiones, son parametrizadas debido a su alta variación temporal y
espacial. De acuerdo con Pla (2010), la retención y la transmisión del
agua en el suelo están determinadas por sus propiedades hidráulicas,
las cuales, a su vez, dependen de la geometría del espacio poroso, espacio que puede verse modificado por las operaciones de labranza. Para
Pla, las principales propiedades hidráulicas del suelo (phs) corresponden
a la retención de agua en el suelo y la conductividad hidráulica, lo cual
/ 39 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
ha sido confirmado por otros autores como Klute y Dirksen (1986) y
Shukla (2013). Las propiedades hidráulicas de los suelos determinan los
procesos hidráulicos, es decir, la infiltración del agua, el flujo del agua
en el perfil del suelo y la evaporación de esta en la superficie del suelo.
La infiltración es considerada como el proceso por el cual, el agua
que llega a la superficie del suelo penetra en él, tanto por efecto de la
gravedad (poros grandes), como de la capilaridad (poros de menor radio)
(Pla, 2010), mientras que la tasa de infiltración (i) es una medida de la
velocidad con la cual el agua penetra en la superficie del suelo. Una de
las ecuaciones matemáticas más ampliamente usada para describir la
infiltración es la de Philip (1957).
I = St1/2 + At
Ecuación 1
Donde I es la infiltración acumulada; A es la conductividad hidráulica saturada; t es el tiempo desde que comienza la infiltración; S es la
sortividad, es decir, la capacidad para absorber o liberar agua (l/√t), que
depende del θ inicial y las propiedades del suelo. Mientras que la tasa
de infiltración i sería = dI/dt, y se puede calcular mediante la ecuación:
i = 1/2 St – 1/2
Ecuación 2
La conductividad hidráulica del suelo (K) debe ser entendida como
la propiedad que describe la facilidad con la cual los poros del suelo
permiten el flujo del agua. Este flujo, en condiciones de no saturación
del suelo, se denomina conductividad hidráulica no saturada (Kq) y en
condiciones de saturación, se conoce como conductividad hidráulica
saturada (Ks), entendiendo esta última como la cantidad de agua por
unidad de tiempo que fluye o pasa a través de la columna de suelo
saturado (Gabriels et al., 2006).
Para describir el flujo de agua en el suelo, el modelo más usado es la
ecuación de Richards (1931) para flujo vertical en suelos homogéneos,
quien sugirió que la ley de Darcy, originalmente ideada para flujo
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Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
saturado en medios porosos, también es aplicable al flujo insaturado en
medios porosos.
dθ
dt
=
d
dz
[D
w
dθ
dz
+ Ks
]
Ecuación 3
Donde D w es la difusividad del agua en el suelo; Ks : conductividad
hidráulica saturada; dθ: cambios en el contenido volumétrico de agua
en el suelo; dz: distancia entre dos puntos en la dirección del flujo.
(d
)
m
Dw = KsEcuación 4
dθ
Por su parte, el flujo de agua en el suelo bajo condiciones de saturación puede ser descrito mediante la Ley de Darcy (Bear, 1972) la cual
señala que la cantidad de agua que pasa por la sección transversal, en
un tiempo determinado, es decir, la tasa de flujo, es proporcional al
gradiente de carga hidráulica, cuya constante de proporcionalidad es la
conductividad hidráulica (Ks).
Q
At
∆H
∆z
= V = K sEcuación 5
Donde: Q: volumen total; A= área seccional; t: tiempo; V= velocidad
de flujo; ∆H/∆z: gradiente de potencial en la dirección del flujo; Ks:
constante de proporcionalidad o conductividad hidráulica saturada.
Partiendo de un suelo inicialmente seco o no saturado, la infiltración
estaría en función del gradiente de succión y gravitacional. A medida
que el suelo se va humedeciendo la influencia del gradiente de succión
decrece con el tiempo, hasta hacerse prácticamente despreciable en
la parte superior del perfil, dejando al gradiente gravitacional como la
fuerza responsable de mover el agua hacia abajo.
/ 41 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
La capacidad de almacenamiento o retención de agua en el suelo
(cras) es de gran importancia en el ámbito de la agricultura, pero también en la hidrología, la ingeniería hidráulica, la mecánica del suelo y
otras disciplinas. En el campo de la agronomía y estudios ambientales
se hace importante su estudio, ya que afecta el crecimiento de las plantas en la medida en que afecte la difusión de nutrientes hacia las raíces
de las plantas, la capacidad de aireación del suelo y los intercambios
gaseosos, como también la respiración de las raíces de las plantas. La
cras
viene dada por la relación entre el contenido gravimétrico o volu-
métrico de agua en el suelo y el potencial mátrico al cual esa agua está
retenida (Pla, 2010).
De aquí que la capacidad de retención de agua disponible (crad)
para las plantas se puede definir como la cantidad de agua retenida
entre la capacidad de campo (cc) y el punto de marchitamiento permanente (pmp) (Cassel y Nielsen, 1986). Se trata de una medición estática
que implica que la disponibilidad de agua se encuentra entre dos potenciales definidos arbitrariamente y, por lo tanto, las plantas no se
ven afectadas por la disminución del agua de la capacidad del campo
hasta que alcanza el punto donde se marchitan. Además, la disponibilidad de agua para las plantas en el suelo es afectada por factores no
contemplados por el constructo teórico de la crad, como pueden ser la
tasa de evapotranspiración potencial y la densidad de enraizamiento
(Minasny y McBratney, 2003), como también por la presencia de fr.
La capacidad de campo representa la cantidad de agua retenida en
el suelo después de que el exceso de agua gravitacional se haya drenado
y después de que la tasa de movimiento descendente del agua haya
disminuido materialmente (Veihmeyer y Hendrickson, 1931). La capacidad de campo (cc) representa el límite superior del almacenamiento
de agua disponible en el suelo, desde el cual el agua puede ser liberada
hasta que se alcanza el punto de marchitez permanente (pmp).
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Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Para una profundidad de suelo z, la cras podría determinarse mediante la siguiente ecuación:
CRAD = (θCC – θPMP) ∆z
Ecuación 6
Donde, θCC representa el agua retenida a capacidad de campo y θPMP
el agua retenida en el punto de marchitez permanente.
Cuando en el perfil del suelo hay fragmentos de roca (fr), estos pueden
afectar directamente el comportamiento de la i y las phs (Peek y Watson
1979; Bouwer y Rice 1984; Ravina y Magier 1984; Lavee y Poesen 1991;
Brakensiek y Rawls 1994; Cerdá 2001; Tetegan et al. 2011).
Definición y sistemas de clasificación
de fragmentos de roca
El término fragmentos de roca hace referencia a aquellos materiales
cuyo diámetro equivalente es igual o mayor a 2 mm, y cuyas dimensiones no excedan el tamaño del pedón de suelo (aproximadamente
2 m2;) (Miller y Guthrie, 1984). Las partículas de suelo inferiores a 2 mm
son consideradas como material fino o matriz del suelo, como también tierra fina. Autores como Zhang et al. (2016) y Poesen y Lavee
(1994) destacan la importancia de no confundir el término fragmentos
de roca con piedras, ya que este último hace referencia a un tamaño
específico de
fr,
el cual puede variar de acuerdo con el sistema de
clasificación empleado.
A través de la historia se han desarrollado diversos sistemas de
clasificación de suelos de acuerdo con los contenidos volumétricos
porcentuales de fr (figura 15), como también sistemas para clasificar los
tamaños de los fr (figura 16). El uso de estos sistemas estaría en función
del objetivo del estudio y de la disponibilidad de información
La presencia de suelos con fr se extiende por el mundo; en el continente europeo, Poesen y Lavee (1994) exponen que, al menos, el 60 %
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Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
de los suelos del área del mediterráneo y el 30 % de los suelos del oeste
europeo corresponden a suelos con fr, tanto en superficie, como dentro
del perfil. Stendahl et al. (2009) señalan que, al menos, el 41 % de los suelos europeos poseen contenidos de fr en cantidades superiores al 10 %.
Distribución geográfica de suelos
con fragmentos de roca
En Alemania, Scheinost et al. (1997) reportaron suelos con
fr
de
origen fluvial al norte de Múnich; de igual forma, existen suelos de
similar origen en las cercanías de Zúrich, Suiza (Stauffer y Jussel,
1990). Ingelmo et al. (1994) destacan la amplia presencia de fr en suelos españoles, lo cual ha sido corroborado por diversos estudios (Van
Wesemael et al. 1996; De Figueiredo y Poesen 1998; Oyonarte et al.
1998; Cerdá 2001; Calvo-Cases et al. 2003; Zavala y Jordán 2008). De
acuerdo con Šály (1978), el 80 % de los suelos forestales de Eslovaquia
contienen fr.
En el caso del continente americano, Miller y Guthrie (1984) estimaron que, al menos, el 17 % de los suelos de Estados Unidos de América
poseen contenidos de fr superiores al 35 %; de este porcentaje, el 68,2 %
son clasificados como franco-esqueléticos, y la mitad de ellos se localizan al oeste del país.
En Canadá, diversos estudios reportan alta pedregosidad en suelos
de origen glaciar localizados especialmente en las provincias atlánticas
canadienses, que bajo condiciones de labranza, pueden tener contenidos de fr entre el 5 % y el 20 %, lo cual puede causar desgaste excesivo
de la maquinaria agrícola limitando las ganancias para el agricultor
(Chow et al. 1992; Fleming et al., 1993; Chow y Rees 1995). Gardi et al.
(2014) mencionan que en, América Central, existen suelos con contenidos de
fr
entre el 15 % y el 80 %. En Argentina, Moretti y Morrás
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Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
(2018) presentan un análisis sobre el origen de las líneas de piedras u
horizontes pedregosos en los suelos, como también las implicaciones
que pudieran tener sobre la dinámica hídrica y los procesos erosivos.
Otras investigaciones también han reportado suelos con presencia de
fr
en zonas áridas de Chile (Verbist et al., 2010; Verbist et al., 2013) y
Argentina (Rostagno, 1989), al noroeste de Brasil (Brilhante et al., 2017)
y al norte de Venezuela (Pineda et al., 2018).
Figura 15. Sistemas de clasificación de suelos de acuerdo con el contenido
volumétrico porcentual de fragmentos de roca en su perfil
CONTENIDO DE FRAGMENTOS DE ROCA (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
AASHTO
Materiales limo - arcillosos
(partículas más finas que 0.07 mm)
Materiales granulares (partículas mayores que 0.07 mm)
BSCS
Suelos finos
(partículas más finas que 0.06 mm)
Suelos gruesos (partículas mayores que 0.06 mm)
CSSC
Suelos esqueletales (arenosos, limosos o acrillosos)
CSSC
Suelos
fragmentales
Pumíticos, cenizo-esqueletales o Thixotropico-esqueletales
(Suelos especiales)
Suelos esqueletales
(akroskeletico, orthoeskeletico y technoskeletico)
FAO
Suelos esqueletales
(akroskeletico, orthoeskeletico y technoskeletico)
IUSS
MCSS
USDA
(Textura)
USDA
Suelos
Hiperesqueletales
Suelos
poco
pedregosos
Suelos no gravillosos
no guijarrosos,
o no pedregosos
Suelos moderadamente
pedregosos
Suelos gravillosos, cobbly,
o pedregosos
Suelo altamente
pedregoso
Suelos muy gravillosos, muy
guijarroso o muy pedregosos
Suelos pefítico
(y menos de 3% de material orgánico)
Suelos extremadamente gravillosos, extremadamente
guijarroso o extremadamente pedregosos
Suelos esqueletales (arenosos, limosos o acrillosos)
Suelos
fragmentales
(Taxonomía)
Abreviaciones: aashto: Asociación Americana de Autopistas Estatales y Transporte Oficial;
bscs:
Sistema Británico de Clasificación del Suelo; cssc: Sistema Canadiense de Clasificación
del suelo; fao: Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura;
iuss: Unión Internacional de Ciencias del Suelo; mcss: Sistema de Clasificación Morfogenética
de Suelos Eslovacos; usda: Departamento de Agricultura de los Estados Unidos.
Fuente: elaboración propia.
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Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Figura 16. Sistemas de clasificación por tamaño de los
fragmentos de roca
Escala Log
2 mm
AASHTO
20 mm
Grava / piedra
mediana
Grava / piedra fina
9.5 mm
200 mm
Grava / piedra
gruesa
25 mm
Piedra rota (angular) o bloque (redondeado)
75 mm
Grava
CANADÁ
Canto
Grava
ALEMANIA
Piedra
Grava / Gravilla
Grava*
Guijarro**
Fino
Grava*
Guijarro**
Medio
6,3 mm
75 mm
Grava*
Guijarro**
Canto**
20 mm
63 mm
Piedra media
75 mm
Bloque
64 mm
Polvo de
ladrillo
Piedra
chica
Cascajo
5 mm
20 mm
Piedra
50 mm
256 mm
Guijarro
100 mm
Grava
Cantos
Piedra
pequeña
Piedra
mediana
20 mm
Arena
gruesa
Grava fina
Grava fina
(Guijarro)
Bloque
200 mm
Bloque
250 mm
60 mm
Piedra muy
pequeña
Piedra grande
250 mm
Canto**
Guijarro
4.8 mm
U.S.A.
Piedra
Piedra picada
6 mm
(Fragmentos planos)
Bloque
200 mm
200 mm
ESPAÑA
U.S.A.
Piedra*
Grueso
Grava
MENTWORTH
MODIFICADA
(Fragmentos redondeados,
sub-redondeados, angulares
o irregulares)
Bloque
200 mm
Grava
ITALIA
UNIFICADO
Bloque
250 mm
Piedra
Guijarro
20 mm
ISSS/IUSS
REINO UNIDO
250 mm
75 mm
INTERNACIONAL
PORTUGAL
Bloque
80 mm
F.A.O.
FRANCIA
2000 mm
Grava gruesa
19 mm
Grava mediana
(Guijarro)
5 mm
Bloque
600 mm
Canto
Piedra gruesa
(Guijarro)
Bloque
300 mm
Canto
76 mm
Piedra
250 mm
Bloque
600 mm
Piedra
Losa
15 mm
200 mm
76 mm
20 mm
Adoquín
Piedra muy
grande
Piedra grande
60 mm
38 mm
Fuente: elaboración propia.
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Bloque
600 mm
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
En África, los suelos con
fr
han sido reportados en países como
Ghana (Boateng et al., 2013), Jordania (Al-Qinna et al., 2008), Israel
(Katra et al., 2008) y en Nigeria, Burquina Fasso, Togo y Costa de Marfil
(Valentin y Casenave 1992; Valentin 1994). En Etiopía, los fr sobre el
suelo son empleados como parte de las prácticas agrícolas ancestrales
de las comunidades locales (Klik et al., 2018). En las regiones de Asia
y Oceanía, Khetdan et al. (2017) mencionan que los suelos con
fr
se
encuentran ampliamente distribuidos en las montañas hacia el norte
y el oeste de Tailandia, implicando serias limitaciones para su explotación agrícola. Por su parte, Ma y Shao (2008) establecen que los suelos
con
fr
en China corresponden al 18 % del área nacional. También se
reportan suelos con fr en países como Australia (Brouwer y Anderson
2000), Nueva Zelanda (Clothier et al., 1977; Dann et al., 2009) y Taiwán
(Wang et al., 2017).
Posición de los fragmentos de roca en el perfil
del suelo e influencia sobre la infiltración
y las propiedades hidráulicas
Los fr pueden encontrarse en diversas posiciones en el suelo: sobre la
superficie, parcialmente embebidos en el horizonte superficial, embebidos en el horizonte superficial y dentro del perfil del suelo (Zhang et
al., 2016). Las condiciones de la superficie del suelo, como la rugosidad,
estructura del suelo, cobertura vegetal, cobertura de
fr,
entre otras,
juegan un papel fundamental en el control de la infiltración, la escorrentía y la erosión (Guo et al., 2010). Diversos estudios han relacionado
la influencia que los
fr
que descansan sobre la superficie del suelo y
aquellos embebidos parcial o totalmente en el horizonte superficial del
suelo pueden tener en el proceso de infiltración, tanto en la tasa de
infiltración (i), como en la infiltración acumulada (I) (Lamb y Chapman,
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Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
1943; Epstein y Grant, 1966; Abrahams y Parsons, 1991; Lavee et al. 1997;
De Figueiredo y Poesen, 1998; Jean et al., 2000; Guo et al., 2010; GordilloRivero et al., 2014), al igual que los fr dentro del perfil del suelo (Chow y
Rees 1995; Calvo-Cases et al., 2003; Al-Qinna et al., 2008; Gong et al., 2018).
Las investigaciones reportan resultados divergentes sobre el efecto
que la cobertura de fr puede tener en la i e I del suelo. En algunos casos,
sus valores pueden incrementarse (Adams 1966; Epstein y Grant 1966;
Dadkhah y Gifford 1980; Agassi y Levy 1991; Valentin y Casenave 1992;
Chow et al., 1992; Chamizo et al., 2012); pero, en otros, el comportamiento puede ser totalmente opuesto (Abrahams y Parsons, 1991; Jomaa et
al., 2013; Neave y Rayburg, 2007; Rostagno, 1989; Shengqiang y Dongli,
2018; Tromble et al., 1974). Este comportamiento diferencial puede ser
ocasionado por las múltiples condiciones de la superficie del suelo
consideradas por diversos autores en sus evaluaciones, tales como el
porcentaje de cobertura de fr, el tipo de fr, tamaños de fr, la geometría
de la cobertura de los fr y las propiedades de la matriz del suelo (Guo
et al., 2010).
Como se mencionó, en el interior del perfil del suelo, el flujo del
agua se encuentra definido por la Kq, y en condiciones de saturación
por la Ks. Históricamente, se ha relacionado la disminución de las velocidades de flujo del agua con el incremento del contenido de fr en el
suelo, esto debido a que, teóricamente, los fr se han considerado como
elementos impermeables o de alta densidad, los cuales, en comparación con la matriz del suelo que los rodea, se convierten en obstáculos
para el flujo natural del agua en el perfil, incrementando su tortuosidad y disminuyendo subsecuentemente la velocidad de flujo. En tal
sentido, autores como Peek y Watson (1979), Ravina y Magier (1984)
y Brakensiek et al., (1986) propusieron funciones para la estimación
de Ks en suelos con fr teniendo en cuenta la Ks de la matriz del suelo
y factores de corrección que ajustaban dicho valor conforme con el
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Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
aumento en los contenidos del fr. En condiciones no saturadas, autores
como Unger (1971), Rudolph et al. (1996), Yuanjun y Ming’an (2006) y
Hung et al. (2007) han reportado disminución en la velocidad del flujo
de agua en suelos con presencia de fr.
Si bien se han realizado avances en el estudio de la influencia de los
fr en los diversos procesos hidráulicos e hidrológicos del suelo, la infor-
mación sobre esta temática sigue siendo escasa (Moretti y Morrás, 2018;
Zhang et al., 2016). De igual forma, estos autores hacen énfasis en que se
hace necesario investigar más sobre el efecto predominante de los fr en
las phs, de acuerdo con las propiedades particulares de cada suelo, pues,
en algunos reportes, el efecto es negativo (a mayor cantidad de
fr
se
disminuye Kq o Ks dado que el espacio para el flujo del agua se reduce),
en otros es positivo (a mayor cantidad de fr, Kq o Ks aumentan debido
a la creación de macroporosidades y flujos preferenciales), y en ciertos
casos resulta ser ambivalente (aumento y disminución de Kq o Ks con
determinados contenidos de
fr).
Yuanjun y Ming’an (2006) destacan
que, en suelos con fr, tanto K como i son variables de difícil estimación
y laboriosas de recrear en simulaciones matemáticas, principalmente
por los comportamientos ambivalentes que estas variables pueden
presentar en función a los contenidos de fr del suelo.
El comportamiento de la capacidad de retención de agua (cras) en
los suelos con
fr
es tan complejo como el reportado para el flujo del
agua; al igual que en esta propiedad, se ha considerado teóricamente
que el aumento de los contenidos de fr en los suelos disminuye la cras
y subsecuentemente la capacidad de almacenamiento de agua disponible (crad). Este planteamiento se basa en el hecho de que los fr, como
elementos de alta densidad o de carácter impermeable, tienen una
capacidad de retención de agua mucho menor en comparación con la
matriz del suelo; en este sentido, al incrementarse el contenido de fr y
/ 49 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
disminuir subsecuentemente el volumen de la matriz del suelo, se disminuye su cras. Sin embargo, esta relación no siempre se cumple estrictamente (Hanson y Blevins 1979; Tetegan et al., 2015b), dado que puede
variar, dependiendo de las características propias de los fr como son:
tamaño, contenido, material constitutivo, grado de meteorización y la
posición en el perfil (Ma y Shao, 2008; Poesen y Lavee, 1994; Ravina
y Magier, 1984). Debido a esta situación, la presencia de fr en el perfil
de suelo puede causar un aumento o disminución sobre la cantidad de
agua disponible para las plantas (Mi et al., 2016). Tetegan et al. (2015b)
demostraron que la crad calculada para suelos pedregosos (asumiendo
fr no porosos), conllevaron a una subestimación sistemática de su capa-
cidad de retención real hasta en un 20 %.
Metodología empleada
En el mundo se han realizado diversos estudios con el objeto de relacionar procesos y propiedades hidráulicas de los suelos (i, I, Kq, Ks y cras)
en los cuales existe presencia de fr. En la búsqueda de esta información
se revisaron múltiples bases de datos especializadas (Springer, Wiley,
ScienceDirect, Jurn, Acsess, entre otras), empleando combinaciones
de palabras clave como: rock fragments, stony soil, saturated hydraulic
conductivity, infiltration, infiltration rate, available water capacity,
water retention, entre otras. Durante las búsquedas realizadas no se
establecieron restricciones temporales o espaciales que limitaran la
documentación ofrecida por las bases de datos. De igual forma, se seleccionaron artículos en revistas científicas indexadas y actas de conferencias internacionales que brindaran resultados directos referentes
a la temática de interés (phs en función a las propiedades de los
fr
en
el suelo). También se seleccionaron artículos de revisión y capítulos de
libros que proporcionaran recopilaciones teóricas o investigativas del
efecto de los fr del suelo en la infiltración y las phs.
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Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Se elaboró una base de datos bibliográfica con todos los documentos
seleccionados. Para cada documento se describió su información general
(autores, año, título de la publicación y revista o medio de publicación),
se estableció la localización del estudio (país), teniendo en cuenta el sitio
donde fue realizado (si fue mencionado por el o los autores), o el lugar
de procedencia del suelo o fr estudiados. En algunos casos no fue posible determinar la localización de los estudios, dado que los documentos
no hacían claridad en la localización del estudio bajo estos criterios.
Los documentos recopilados fueron clasificados en las siguientes
temáticas generales de estudio: erosión y producción de sedimentos,
movimiento del agua en el suelo, retención y disponibilidad de agua
en el suelo, transporte de solutos, revisión del estado del arte de fr, en
función a las phs y, porosidad-permeabilidad del suelo. Tal clasificación
fue realizada teniendo en cuenta los objetivos principales planteados
en cada publicación.
En la base de datos elaborada se establecieron para cada entrada las
propiedades hidráulicas del suelo evaluadas, sus respectivos métodos
o equipos de medición empleados y se estipuló si en el documento se
generaban funciones de pedotransferencia que relacionaran las phs en
función a los fr. Así mismo, se describieron las características de los fr,
determinadas o implementadas por los autores en sus estudios, como
fueron: material constitutivo de los
fr
fr,
contenido (%), tamaño de los
(cm), su distribución, posición de los fr (en superficie, parcialmente
embebidos en la superficie, embebidos en la superficie o dentro del
perfil del suelo), forma de fr, cobertura superficial (%) de fr y grado de
meteorización de los fr.
Con la información bibliográfica recopilada se estableció la evolución histórica del estudio de la infiltración y las propiedades hidráulicas
en suelos con fr, como también las implicaciones que las características
de los fr pueden tener sobre las mencionadas variables.
/ 51 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Resultados
Base de datos de estudios consultados
De acuerdo con los criterios de búsqueda y selección empleados, pocos
estudios se han publicado sobre la influencia de los fr sobre las phs e i.
En la presente investigación se estableció una base de datos compuesta
por 163 documentos, 145 correspondientes a artículos de investigación
publicados en revistas indexadas, cuatro artículos de revisión, siete
capítulos de libro, seis actas de conferencias internacionales y un reporte. Del total de documentos recopilados, seis documentos tuvieron
revisiones o constructos teóricos en el campo de la i y las phs en suelos
con fr. En el anexo 1 se resume el total de investigaciones recopiladas.
Se recopilaron investigaciones desde 1943 hasta el 2019 (figura
17). En las primeras décadas, las investigaciones estuvieron orientadas principalmente a la caracterización de la erosión y la producción
de sedimentos, y a la retención y disponibilidad de agua en suelos
con
fr,
los cuales fueron desarrollados especialmente en Estados
Unidos de América.
Posteriormente, en la década del setenta se inició, de manera paulatina, la publicación de investigaciones relacionadas con el movimiento
del agua en el suelo (Kq y Ks) y con el transporte de solutos en suelos
con
fr;
solo hasta 1994 se registraron las primeras publicaciones con
revisiones del estado de la infiltración y las phs en suelos con fr.
El 50,1 % de las investigaciones fueron publicadas entre 1943 y el
2007 (64 años); a partir del 2007, se observa un gran auge en estudios
sobre la temática, especialmente en países como China y España.
La retención de agua en el suelo de los suelos con
fr
es la phs que
más ha sido evaluada por las diferentes investigaciones, así como el
proceso de infiltración (i e I) en esta clase de suelos ha tenido un alto
interés investigativo (figura 18).
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Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Figura 17. Distribución temporal de las publicaciones referentes a la
infiltración y propiedades hidráulicas en suelos con fragmentos de roca
10
Número de publicaciones
8
6
4
2
0
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
2020
Año
Fuente: elaboración propia.
Figura 18. Publicaciones que relacionan la infiltración, tasa de infiltración
y las propiedades hidráulicas de suelos con fragmentos de roca
80
Número de publicaciones
60
40
20
0
l
i
Kq
Ks
CRAS
Variables físicas del suelo
Variables físicas del suelo: I: infiltración acumulada; i: tasa de infiltración; Kq: conductividad
hidráulica no saturada del suelo; Ks: conductividad hidráulica saturada del suelo; cras: capacidad de retención de agua en el suelo.
Fuente: elaboración propia.
/ 53 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Con respecto a las temáticas de investigación, se encontró un alto
número de publicaciones cuyo objetivo fue evaluar el movimiento del
agua en suelos con fr; adicionalmente, se reportó un alto número de documentos relacionados con el estudio de la erosión y la producción de
sedimentos, junto con la disponibilidad y la retención de agua (figura 19).
Temáticas de investigación: rw, revisión de literatura o del estado del
arte; epss, erosión y producción de sedimentos del suelo; pps, porosidad y
permeabilidad del suelo; rdas, retención y disponibilidad de agua en el
suelo; mas, movimiento del agua en el suelo; ts, transporte de solutos.
Figura 19. Número de publicaciones reportadas por cada
temática de investigación
70
61
Número de publicaciones
60
49
48
50
40
30
20
10
10
6
1
0
RW
EPSS
PPS
RDAS
MAS
TS
Temáticas de investigación
Fuente: elaboración propia.
La influencia de la posición y el tamaño de los fr del suelo en las phs
han sido los efectos de los fr más tratados en las investigaciones recopiladas (98,7 % y 81,5 %, respectivamente, figura 20). Lo anterior, debido
probablemente a que la posición es un atributo de los
fr
con mayor
facilidad de estimación en los experimentos; no obstante, el tamaño de
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Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
los fr es igualmente una característica fácilmente identificable (solo se
requiere tamizarlos y determinar los rangos de tamaños).
Figura 20. Propiedades de los fragmentos de roca descritas por las
publicaciones recopiladas
180
155
160
Número de publicaciones
140
128
120
100
92
80
60
47
39
40
25
20
1
0
CFR
TFR
DFR
PFR
FFR
CobFR
MFR
Propiedades de los fragmentos de roca
Propiedades de los fragmentos de roca: cfr: contenido de fragmentos de roca;
tfr:
tamaño
de los fragmentos de roca; dfr: distribución de los fragmentos de roca; pfr: posición de los
fragmentos de roca; ffr: forma de los fragmentos de roca; Cobfr: cobertura superficial de
fragmentos de roca; mfr: grado de meteorización de los fragmentos de roca.
Fuente: elaboración propia.
El 47,7 % de las investigaciones reportaron información acerca del
material constitutivo de los fr estudiados, predominando estudios cuyos fr provenían de materiales como caliza, gravas de diversos orígenes
y arenisca; algunos estudios sobresalen por el uso de materiales artificiales como vidrio, fibrocemento y espuma de polietileno para recrear
los fr (Conrad et al., 2008; Dunn y Mehuys, 1984; Fies et al., 2002; Hung
et al., 2007; Poesen, 1986).
Geográficamente, los países donde se han desarrollado mayor número de estudios en el campo de la infiltración y las propiedades hidráulicas
/ 55 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
en suelos con fr, son en su orden: Estados Unidos de América (26,3 %),
China (13,8 %) y España (8,8 %; figura 21). Por continentes, gran parte
de los estudios se han realizado en América (30,6 %), Europa (30 %) y
Asia (21,1 %), resaltando que, en todos los continentes, exceptuando
la Antártida, se reportan investigaciones. Esto no quiere decir que en
otros países no se hayan realizado investigaciones relacionadas, sino
que no se reportan en las bases de datos consultadas.
Figura 21. Distribución geográfica de las publicaciones científicas
relacionadas con el estudio de la infiltración y propiedades
hidráulicas de suelos con fragmentos de roca
Fuente: elaboración propia.
Al contrastar la evaluación de la infiltración o las
phs
para las di-
versas temáticas estudiadas (figura 22), se encontró que en cada una de
ellas hay una variable o proceso cuyo entendimiento es clave; así, por
ejemplo, para el estudio de la erosión y la producción de sedimentos
en suelos con fr, el análisis de la infiltración constituyó un factor clave
para el desarrollo de estas investigaciones.
A su vez, el estudio del movimiento del agua y la disponibilidad y retención de agua en suelos con fr han tenido como variables destacadas
/ 56 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
la Ks y la
cras, respectivamente.
Referente a las propiedades de los
fr,
asociadas a los procesos hidráulicos e hidrológicos del suelo, se pueden
asociar inicialmente algunas de estas propiedades como claves para su
entendimiento; así, por ejemplo, el contenido de
fr
ha sido estudiado
principalmente en el campo del movimiento y retención del agua en
el suelo, la cobertura de
fr
a la erosión y producción de sedimentos,
mientras que el tamaño ha tenido una participación muy similar en
estas temáticas (figura 23).
Figura 22. Publicaciones realizadas por temática de investigación en
relación con el estudio de la infiltración y propiedades hidráulicas de
suelos con fragmentos de rocas
120
Número de publicaciones
100
Infiltración
Conductividad hidráulica no saturada
Conductividad hidráulica saturada
Capacidad de retención de agua
80
60
40
20
0
EPSS
PPS
RDAS
MAS
TS
Temática de investigación
Temáticas de investigación: epss: erosión y producción de sedimentos del suelo; pps: porosidad
y permeabilidad del suelo; rdas: retención y disponibilidad de agua en el suelo; mas: movimiento del agua en el suelo; ts: transporte de solutos.
Fuente: elaboración propia.
/ 57 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Figura 23. Publicaciones realizadas por temática de investigación en
relación con el estudio de las propiedades de los fragmentos de roca
CRF
TFR
DFR
PFR
FFR
CobFR
Número de publicaciones
200
150
100
50
0
EPSS
PPS
RDAS
MAS
TS
Temática de investigación
Propiedades de los fragmentos de roca: cfr, Contenido de fragmentos de roca; tfr, tamaño de
los fragmentos de roca; dfr, distribución de los fragmentos de roca; pfr, posición de los fragmentos de roca; ffr, forma de los fragmentos de roca; Cobfr, cobertura superficial de fragmentos
de roca; mfr, grado de meteorización de los fragmentos de roca. Temáticas de investigación:
epss, erosión y producción de sedimentos del suelo; pps, porosidad y permeabilidad del suelo;
rdas, retención y disponibilidad de agua en el suelo; mas, movimiento del agua en el suelo; ts,
transporte de solutos.
Fuente: elaboración propia.
Funciones de pedotransferencia
En la actualidad, existe una creciente demanda de datos referentes a
las phs, dada la importancia que reviste el conocimiento de estas para
el desarrollo de diversas áreas, entre las que sobresalen, el manejo ambiental, la agricultura, la ingeniería y la hidrología, entre otras (Patil y
/ 58 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Singh, 2016). Sin embargo, la medición de las
phs
implica altos costos,
especialmente en zonas tropicales (Minasny y Hartemink, 2011), lo
cual sugiere la necesidad de establecer maneras alternativas de poder
obtener los datos de una manera más rápida y a menor costo (ÁlvarezAcosta et al., 2012; Schaap et al., 2001). En tal sentido, las funciones de
pedotransferencia (fpt) se constituyen en una herramienta importante
para evaluar el comportamiento de las phs, a partir de otras propiedades
del suelo (Bouma, 1989). Mediante la utilización de ptf se han desarrollado múltiples ecuaciones para la estimación de las phs en suelos, entre
las que se destacan las propuestas por Saxton y Rawls (2006), y Schaap
et al. (2001), por su amplia aplicación en el ámbito internacional.
Gran parte de las fpt desarrolladas han sido elaboradas relacionando las phs con las propiedades de la matriz del suelo (partículas < 2 mm).
Usualmente, estas fpt no consideran dentro de sus variables el efecto de
los fr sobre las phs, siendo entonces limitada su aplicación en suelos con
presencia de fr en el perfil. En este sentido, varios autores han propuesto fpt diseñadas específicamente para suelos con contenidos de fr, de
modo que se puedan estimar las phs a partir de estos modelos (Al-Qinna
et al., 2008; Bouwer y Rice, 1984; Brakensiek et al., 1986; Peek y Watson,
1979; Tetegan et al., 2011). En el anexo 2 se detallan las principales fpt
para suelos con fr compiladas por este estudio.
De acuerdo con las
fpt
recopiladas, existe un gran desarrollo de
ecuaciones orientadas para la estimación de variables como Ks y cras,
mientras que otras variables físicas como I, i o Kq han tenido menos
interés investigativo. En cuanto a la infiltración, dependiendo de la
posición de los fr en el suelo, algunas fpt consideran el contenido de fr
(por peso o volumen) o la cobertura superficial de los fr. Algunas características del suelo como el contenido de materia orgánica, contenido
de carbonatos y factores ambientales como la cobertura de pasturas en
la superficie han sido usados para describir el proceso de infiltración
/ 59 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
en suelos con fr. Sin embargo, las fpt desarrolladas para estimar el flujo
de agua en el interior de suelos pedregosos (Ks y Kq), generalmente, han
tratado de estimar un factor empírico de corrección para dicho movimiento, tomando en cuenta las propiedades de los fr como su contenido
(volumétrico o gravimétrico).
Solo en algunos pocos casos se han desarrollado funciones basadas
en las curvas de retención de agua del suelo y sus cambios con respecto
a la presencia de fr en el perfil del suelo; en este caso, las variables comúnmente empleadas en el desarrollo de fpt son la Ks y Kq de la matriz
del suelo y el contenido o tamaño de fr. Existen otras variables menos
comunes que han sido relacionadas, como son el tamaño de los poros
en el suelo, la capacidad de retención de agua de la matriz del suelo, el
volumen de suelo sin fr o la densidad de los fr.
Con respecto a la
fpt
cras,
las variables usadas para la generación de
son más diversas, ya que, en algunos casos, el uso de aproximacio-
nes por correcciones empíricas es notable (usar propiedades de los
fr
para estimar factores de corrección en la variable). En muchos casos,
las ecuaciones contienen un gran número de variables que involucran
tanto las propiedades de los fr, como las pertenecientes a la matriz del
suelo. En consecuencia, se han propuesto varias ecuaciones que involucran variables como es el contenido de materia orgánica, la densidad
aparente del suelo y de la mezcla de suelos con fr, la profundidad y el
contenido de arenas, arcillas, feldespatos, hierro y filosilicatos.
/ 60 /
EFECTO DE LOS FRAGMENTOS DE ROCA EN
LA INFILTRACIÓN DE AGUA EN EL SUELO
De acuerdo con el ciclo hidrológico, cuando se produce el proceso de precipitación o lluvia en un área determinada, una parte de este volumen de
agua es interceptado inicialmente por las coberturas vegetales —donde
una parte se evapora y la otra llega al suelo— y otra parte es directamente vertida sobre el suelo en forma de gotas. Una vez el agua hace contacto
con la superficie del suelo, acontece el proceso de la infiltración, el cual
consiste en la penetración o el ingreso del agua al suelo por efecto de la
gravedad y de la capilaridad (Pla, 2010); cuando la velocidad o la tasa de
infiltración es menor a la intensidad de la lluvia, se produce el segundo
proceso denominado escorrentía o flujo superficial del agua, el cual es
el causante de los procesos erosivos hídricos, como también es un actor
importante en el abastecimiento de los drenajes naturales.
Ahora bien, al suponer un suelo cubierto con rocas y un suelo sin
esta cobertura, podríamos preguntarnos ¿si al momento de presentarse
una precipitación estos suelos tendrían un comportamiento hidrológico similar o serían distintos?; el proceso de infiltración puede ser entendido y modelado fácilmente en suelos homogéneos. Sin embargo, ¿qué
pasa con la infiltración cuando el suelo posee elementos que alteran su
homogeneidad como es el caso de los fr? Como tal, la infiltración es un
/ 61 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
proceso hidrológico complejo que puede ser afectado por la presencia
de fr, tanto en la superficie del suelo como dentro del perfil (Brakensiek
y Rawls, 1994),
Como los
fr
pueden estar ubicados tanto en superficie como den-
tro del perfil del suelo, las investigaciones sobre su influencia en la
infiltración del suelo se han orientado bajo dos enfoques: el primero,
correspondiente al efecto de los fr en la superficie del suelo o parcialmente embebidos en el horizonte superficial; y el segundo, referido a su
posible influencia en el interior del perfil de suelo.
Efecto de los fragmentos de roca ubicados
sobre la superficie del suelo o parcialmente
embebidos en el horizonte superficial
Las condiciones superficiales del suelo como la rugosidad, la vegetación, la cobertura de
fr
y la estructura del suelo juegan un papel
vital en el desarrollo de la infiltración, la erosión y la escorrentía de los
suelos (Poesen y Lavee, 1994). En este contexto, los primeros estudios
realizados en suelos con fr, ubicados sobre la superficie o parcialmente
embebidos en el horizonte superficial, fueron desarrollados en la temática de la escorrentía superficial y erosión de los suelos; en muchos
casos, empleando simuladores de lluvia y parcelas de escorrentía. El
primer estudio recopilado por esta revisión fue realizado por Lamb y
Chapman (1943), quienes, mediante parcelas de escorrentía, replicaron
superficies naturales con coberturas de
fr
(variando sus contenidos),
encontrando que el incremento en dichas coberturas rocosas (de un
18 % a 68 %), generaba un aumento en la infiltración del agua en el
suelo y disminución de la tasa de escorrentía superficial. Por otra parte,
Brakensiek y Rawls (1994) destacan que, si bien se han desarrollado
estudios en la temática, los resultados obtenidos no son concluyentes
/ 62 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
con respecto al efecto de los fr en la infiltración, encontrándose divergencias en sus efectos positivos o negativos en este proceso.
Esta situación se mantiene hasta la actualidad, ya que, a través del
tiempo, múltiples estudios han reportado efectos contradictorios con
respecto al efecto de los fr sobre la infiltración de agua del suelo, tanto a
nivel de la cantidad de agua infiltrada (I), como de su respectiva tasa o velocidad de infiltración (i). Con respecto a I, algunos estudios demuestran
que los fr en la superficie del suelo incrementan la cantidad de agua infiltrada acumulada (Adams, 1966; Epstein y Grant, 1966; Guo et al., 2010;
Koon et al., 1970); igualmente se reportan estudios que corroboran un
comportamiento similar para i (Li, 2003; Mandal et al., 2005; Poesen y
Lavee, 1997; Valentin y Casenave, 1992; Wang et al., 2012; Yair y Klein,
1973; Zavala y Jordán, 2008; Zavala et al., 2010). Por otra parte, las
investigaciones desarrolladas por Simanton y Renard (1982), Rostagno
(1989), Jomaa et al. (2013), y Shengqiang y Dongli (2018) reportaron
disminución de la tasa de infiltración del suelo cuando se presentaban
fr
en su superficie; esta misma relación también fue obtenida para I
por otros estudios en el ámbito internacional (Liu y She, 2017; Neave y
Rayburg, 2007; Tromble et al., 1974).
En algunas investigaciones consultadas, el comportamiento de la
i e I con la presencia de
fr
en la superficie reportó una situación de
ambivalencia (efectos positivos y negativos; De Figueiredo y Poesen,
1998; Gordillo-Rivero et al., 2014; Herrick et al., 2010; Jean et al., 2000;
Lavee y Poesen, 1991; Lavee et al., 1997; Mayor et al., 2009; Poesen e
Ingelmo-Sanchez, 1992; Christian Valentin, 1994; Van Wesemael et
al., 2000; Von Bennewitz y Aladro, 2017), mientras que en tan solo
unas pocas, no se logró establecer una relación concreta entre la infiltración (i e I) y la presencia de
fr
en la superficie del suelo (Seeger,
2007; Smets et al., 2011).
/ 63 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Zavala et al. (2010) demostraron que los
fr
influyen en la tasa de
infiltración del suelo y reducen la erosión, ya que una disminución
de la cobertura de
fr
de un 68 % al 3 % provocó una reducción de la
tasa de infiltración del suelo de 1,4 a 0,6 mm h-1. Guo et al. (2010), empleando coberturas de fr entre 0 % y 20,8 %, reportaron un aumento de
I en función al aumento de cobertura de
fr.
De igual forma, Tromble
(1976) comprobó la influencia positiva generada por el aumento en
la cobertura de fr, de un 30 % a un 70 %, sobre la infiltración del agua
en el suelo. Por otra parte, Rostagno (1989), en suelos argentinos con
coberturas de fr entre el 3 % y el 60 %, obtuvo una relación negativa con
la tasa de infiltración.
Por su parte, Valentin y Casenave (1992), si bien no encontraron una
relación estadísticamente significativa entre el porcentaje de cobertura
de
fr
en la superficie del suelo y la i, establecieron que, en los suelos
estudiados, la i podría afectarse tanto positiva como negativamente, si
se tenían en cuenta otras propiedades de los fr, como eran su posición
y tamaño. En el primer caso, los fragmentos que se encontraban embebidos en la superficie del suelo propiciaban un sellamiento superficial,
lo que disminuye la tasa de infiltración; sin embargo, esta relación
cambiaba al aumentar la cobertura de fragmentos sobre la superficie
con diámetros medios específicos de 2,9 cm.
Para comprender mejor el efecto de los fr superficiales sobre la infiltración es necesario analizar los efectos que sus propiedades causan.
Poesen (1986) estableció que a porcentajes de cobertura de fr constantes,
la posición de los
fr
es determinante en la tasa de infiltración de un
suelo; a su vez, Lavee y Poesen (1991) describen que la posición de los fr
(embebidos o en superficie) es fundamental en el entendimiento de la
infiltración, ya que los fr que se encuentran sobre la superficie y aquellos parcialmente embebidos en suelos con porosidad estructural favorecen las tasas de infiltración, pues cubren el suelo del impacto directo
/ 64 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
de las gotas de lluvia, lo cual permite que otros actores biológicos o físicos generen porosidades en sus alrededores; así mismo, los fragmentos
embebidos parcialmente en la superficie tienden a ser sellados por las
partículas del suelo, principalmente, por el efecto de las gotas de lluvia
creando una menor tasa de infiltración (figura 24). Por último, Valentin
(1994) también reportó un aumento en la infiltración en suelos con altos
contenidos de fr en su superficie; dicho comportamiento fue explicado
por la mayor facilidad de infiltración del agua de lluvia debajo de los fr
en superficie, debido a una mayor porosidad y formación de agregados
del suelo (Zavala y Jordán, 2008).
Figura 24. Efectos que genera la posición de los fragmentos de roca sobre
la infiltración de la superficie del suelo
Fuente: elaboración propia.
En estudios realizados con simulaciones de lluvia, Smets et al. (2011)
indicaron que la i no era afectada significativamente por los fr embebidos
/ 65 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
completamente en el horizonte superficial (a diferentes profundidades);
sin embargo, destacaron la existencia de diferencias considerables en las
tasas de pérdida de suelo al variar los tamaños de los fr de 0,04 m a 0,20
m; señalando que las diferencias obedecieron a que se presentaron rápidos incrementos del contenido de humedad del suelo en las áreas sobre
la superficie de los fr embebidos, llevando a una mayor disminución de
la cohesión de las partículas de suelo en esas zonas, lo que permitió una
mayor pérdida de suelo.
Por su parte, Lamb y Chapman (1943) expusieron que la eliminación de
fr
mayores a 5 cm disminuye a la mitad la cantidad de agua
infiltrada en el suelo. De manera similar, Valentin (1994) reportó aumentos de la infiltración cuando los fr en superficie poseían tamaños
finos y medios (0,2-2,0 cm), presentando un comportamiento opuesto
para fragmentos grandes (> 2,0 cm).
De acuerdo con Wilcox et al. (1988), la i se encuentra más relacionada con el tamaño de los fr en la superficie del suelo, que con el porcentaje de cobertura de estos en el área; en tal sentido, la i decrece con la
presencia de fr con diámetros equivalentes menores o iguales a 1 cm y
tiende a aumentar con fr de mayor diámetro, con lo cual se recalca la
importancia de estos últimos en la protección natural de los suelos ante
procesos erosivos y de sellamiento superficial.
Koon et al. (1970) encontraron que la infiltración del suelo se correlacionaba con la geometría y la distribución espacial de los
fr
en
la superficie, lo cual fue determinado a partir de los parámetros del
perímetro disponible (sumatoria de los perímetros de todos los fr que
cubren el suelo) y el ancho efectivo (distancia lateral efectiva por la
que el agua se mueve alrededor del perímetro disponible de los
antes de entrar al suelo).
/ 66 /
fr
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Otro factor importante que puede influenciar el comportamiento
de la infiltración (i e I) obedece a la pendiente del terreno. Jean et al.
(2000), mediante experimentos en campo, determinaron que en laderas con inclinaciones de 5 °, una mayor cobertura de fr en la superficie
del suelo aumentaba los valores de I, mientras que en laderas de 10 °,
el comportamiento fue ambivalente. Así mismo, Yair y Klein (1973)
determinaron que bajo una cobertura similar de
fr
en la superficie
del suelo, a mayor grado de inclinación de la superficie, se generaban
mayores valores en la i.
Calvo-Cases et al. (2003) establecieron para suelos españoles relaciones entre la i y la cobertura de
fr
con respecto a la estacionalidad
climática del área, por lo que reportaron relaciones positivas en temporada de verano y negativas en invierno. Simanton y Renard (1982),
en Arizona (ee.uu.), establecieron diferentes comportamientos de la i en
temporadas de verano y otoño para suelos con coberturas de fr y concluyeron que estas diferencias obedecían a cambios en la arquitectura
del suelo, producto de fuertes variaciones en las temperaturas.
Efecto de los fragmentos de roca ubicados
dentro del perfil del suelo
Si bien, y de acuerdo con la definición establecida para la infiltración
del agua en el suelo, este proceso se da exclusivamente en su superficie, algunas investigaciones han centrado su interés en determinar
el comportamiento de la infiltración en función a los fr ubicados en el
interior del perfil del suelo. En tal sentido, la tendencia en el comportamiento de la infiltración es tan compleja como la presentada para los
fr en superficie. Chow y Rees (1995) destacan en su investigación que el
tamaño y el contenido volumétrico de fr en el suelo son propiedades
fundamentales para el entendimiento de su comportamiento hidráulico, especialmente el proceso de infiltración. Al-Qinna et al. (2008)
/ 67 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
destacan que un aumento del 1 % en el contenido de fr en el interior del
suelo conllevó a incrementos en la i cercanos a 0,7 mm h-1,
De acuerdo con Grant y Struchtemeyer (1959), los
fr
demostraron
una influencia positiva para la i, ya que si estos se eliminan con diámetros equivalentes iguales o mayores a 1,29 cm, se provocaban descensos
de 14,7 mm h-1 en dicha variable. En otros casos, se ha encontrado que
la variable se relaciona positivamente con el contenido de fr, especialmente cuando estos se encuentran en los rangos de diámetros equivalentes mayores a 2 cm (Chen et al., 2012). Lv et al. (2019) determinaron
velocidades de infiltración superiores (0,20-0,33 mm h-1) en suelos con
contenidos de
fr,
cuyos diámetros equivalentes oscilaban entre 4 y
7 cm, mientras que Thoma et al. (2014) obtuvieron mejores tasas de
infiltración en suelos con altas concentraciones de
fr
con diámetros
equivalentes superiores a 20 cm. Gong et al. (2018) encontraron que los
fr
aumentaron la i solamente cuando la pendiente era de 5 °, mientras
que en pendientes mayores (10 ° y 15 °), la variable se comportó de
manera opuesta; de acuerdo con los autores, debido probablemente a
que los
fr
pudieron causar un incremento significativo de la i en los
primeros momentos de la prueba. Por otra parte, Van Wesemael et al.
(2000) obtuvieron reducciones en los valores de I cuando los contenidos
volumétricos de fr en el suelo decrecían del 45 % al 34 %.
Otras investigaciones han reportado efectos negativos de los fr en
el perfil del suelo frente a la infiltración; por ejemplo, Sauer et al. (1998)
destacan una disminución en la i en suelos con mayores contenidos de
fr;
sin embargo, aclaran que dicha variación puede obedecer a otros
factores como la presencia de fauna edáfica en la zonas con menores
contenidos de fr, lo cual puede generar macroporosidades y flujos preferenciales que aumentan dicha velocidad de ingreso del agua al suelo.
De manera similar, Al-Qinna et al. (2014) describieron que los fr dentro
del perfil producían una disminución en la i debido a que estos
/ 68 /
fr
se
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
configuran como obstrucciones al movimiento natural del agua, lo cual
implica necesariamente una disminución de las velocidades de flujo.
Con respecto a la I, Ma y Shao (2008) reportaron correlaciones negativas entre esta variable y los contenidos de fr entre el 10 % y el 40 %,
mientras que Hlaváčiková et al. (2015) reportaron similar situación
cuando los contenidos se incrementaban hasta un 50 %. En este sentido,
Zhang et al. (2011) establecieron que la presencia del 10 al 20 % de contenidos de fr pueden incrementar la I, pero cuando estos contenidos son
mayores, el comportamiento se presenta de manera opuesta.
Yang et al. (2013) describieron que I primero decrecía con el incremento de contenidos de fr de hasta un 40 % y que, una vez alcanzado
este contenido umbral, la variable incrementaba y decrecía sus valores
de manera oscilatoria. De forma similar, Zhou et al. (2009) determinaron el mismo valor umbral de contenido de
fr
(40%) y encontraron
que los valores de i disminuyeron paulatinamente hasta un mínimo
(correspondiente al contenido de
rf
umbral), y que posteriormente i
incrementó sus valores con contenidos de fr superiores.
/ 69 /
EFECTO DE LOS FRAGMENTOS DE
ROCA EN LA CONDUCTIVIDAD
HIDRÁULICA DEL SUELO
Conductividad hidráulica no saturada
Al igual que los efectos de los
fr
ubicados dentro del perfil del suelo
sobre la infiltración, estos producen un comportamiento complejo en
la conductividad hidráulica no saturada, Kq (Yuanjun y Ming’an, 2006),
entendida esta como la tasa de flujo de agua en el suelo en función del
contenido de agua. Si bien, la presencia de fr en el interior del perfil edáfico puede incidir en el comportamiento de Kq, esta incidencia, generalmente, no puede explicarse solo por el contenido de fr, sino que también
deben relacionarse otras propiedades de los
fr
como son, su posición,
tamaño y distribución (Hung et al., 2007). Sin embargo, en algunos casos
no se ha podido demostrar la influencia de los fr en el comportamiento
del flujo de agua en condiciones no saturadas (Hlaváčiková et al., 2014;
Khetdan et al., 2017; Li et al., 2008). Es probable que esta incertidumbre
se deba a que no se incluye en los estudios la capacidad de retención de
agua de los fr o los cambios en la porosidad del suelo.
Khaleel y Heller (2003) describieron la Kq en función del potencial
mátrico y el contenido de agua del suelo, con y sin
/ 71 /
fr;
en tal sentido,
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
no reportaron diferencias significativas entre los valores de la variable
cuando esta estaba en función del potencial mátrico; sin embargo,
cuando se analizaba en relación con el contenido de agua, los valores
de Kq en suelos con
suelo sin
fr.
fr
eran menores en comparación con el mismo
Los anteriores resultados concuerdan con lo encontrado
por Khaleel y Relyea (2001), quienes confirman que los rangos de Kq
en suelos con fr, son menores que los encontrados para suelos de tipo
arenoso sin fr. Estos autores afirman que el efecto de los fr en la variable es negativo, debido a que el movimiento del agua en el interior del
suelo se encuentra supeditado a los tamaños de poros presentes en la
matriz del suelo, ya que, en el suelo empleado, los tamaños de poros de
la matriz tuvieron variaciones muy significativas en comparación con
el suelo con fr, lo cual pudo facilitar que el agua tuviese un movimiento
más rápido dentro del perfil.
Por su parte, Bouwer y Rice (1984) concluyeron que la relación entre
Kq en suelos con fr y el potencial de agua, o el contenido aparente de agua,
podía ser determinado por un factor de corrección en función de las
condiciones hidráulicas de la matriz del suelo, factor que estima una influencia negativa de los fr en el flujo del agua. Este efecto negativo que
los fr pueden generar sobre Kq ha sido reportado por otros estudios en
el ámbito mundial (Hlaváčiková et al., 2015; Hung et al., 2007; Rudolph
et al., 1996; Unger, 1971; Yuanjun y Ming’an, 2006).
Resultados contrastantes fueron reportados por Chen et al. (2012),
quienes realizaron mediciones en dos laderas y obtuvieron valores
para Kq entre 0,43 y 10,6 mm min-1. En ambas locaciones, la Kq tuvo
tendencia a incrementarse con el aumento en los contenidos de los fr
en el suelo y el gradiente de la pendiente. Por otro lado, Mehuys et al.
(1975) encontraron que, al expresar la Kq como una función del contenido volumétrico de agua, los valores de esta variable fueron mayores en
comparación a suelos sin fr.
/ 72 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
A su vez, Dann et al. (2009) reportaron valores elevados de Kq,
especialmente en bajas tensiones para suelos con
fr,
verificando que
los factores de corrección de Kq, basados en la textura, no poseen buen
ajuste para estimaciones en tensiones bajas; esta situación también es
corroborada por Milczarek et al. (2016). En suelos con contenidos de fr
mayores al 75 %, el movimiento de agua en su interior puede ser descrito adecuadamente por modelos como el bimodal de Van Genuchten,
con y sin conductividad constreñida de Peters y Durner (vgbi-pdi)
(vgbi-pdII), este último, aplicable especialmente para
fr
con diámetros
equivalentes menores a 0,8 cm (Grath et al., 2015).
Ya que el proceso del movimiento del agua en el suelo puede estar
influenciado por las condiciones de su superficie, al igual que en el
proceso de infiltración, la posición de los fr (sobre o parcialmente embebidos en el horizonte superficial del suelo) puede alterar los valores
de Kq; en tal sentido, el movimiento será menor si los fr se encuentran
parcialmente embebidos en el horizonte superficial, ya que, como se
estableció en apartados anteriores, estas posiciones pueden propiciar
un sello superficial en el suelo, lo cual de manera indirecta afecta la
cantidad de agua que entra y su posterior flujo interno (Poesen 1986;
Poesen et al., 1990). Arias et al. (2019) demostraron que, para un suelo
con contenidos volumétricos de fr del 40 %, se generó una influencia
positiva en la Kq en bajas tensiones, lo que aumentó sus valores; sin embargo, esta disminuyó rápidamente al aumentar las tensiones, lo cual
confirma un efecto no lineal de los fr en el comportamiento de la Kq.
Estos autores encontraron también que, en un suelo con fr, donde
se tomó en cuenta los valores de Kq de la matriz y se ajustaron mediante un factor de corrección, la precisión de la estimación fue baja
y varió dependiendo de las tensiones empleadas. Cousin et al. (2003)
destacaron que, si no se tienen en cuenta los fr en el suelo, el flujo de
/ 73 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
agua en el perfil puede ser subestimado en, al menos, un 14,9 %, Así
mismo, cuando se tiene en cuenta el contenido volumétrico de fr, sin
considerar ninguna otra propiedad de estos, dicho valor puede ser
sobreestimado hasta en un 15,8 %.
Urbanek y Shakesby (2009), empleando suelos repelentes al agua y
diversos contenidos gravimétricos de fr (con características permeables
e impermeables), pudieron establecer que, en dichos suelos, cuando los
contenidos de
fr
fueron altos —mayores al 55 % con
mayores al 65 % de
fr
fr
permeables o
impermeables—, se observó un aumento en los
valores de Kq; en contenidos intermedios —del 45 al 55 % de fr permeables o del 55-65 % de fr impermeables—, Kq no demostró una tendencia
definida, mientras que para contenidos menores al 45 % de fr permeables, o 55 % de no permeables, no hubo flujo de agua apreciable en las
pruebas. Los autores afirman que dichos resultados pueden deberse
a que con altos contenidos de fr se generan vías de flujo preferencial
a lo largo de las zonas de contacto entre el suelo y los
fr;
a su vez, la
distribución, la alineación y los contenidos de los fr en el interior del
suelo son factores muy importantes para el comportamiento de la Kq.
Conductividad hidráulica saturada
Debido a que la conductividad hidráulica saturada, Ks, cuyo fundamento se basa en la Ley de Darcy (Bear, 1972), es la máxima expresión del
proceso de infiltración del suelo, el complejo comportamiento de la i
y la I descrito en suelos con fr también es aplicable a la Ks. Uno de los
primeros reportes donde se estudió la Ks, en suelos con fr fue realizado
por Clothier et al. (1977), quienes evidenciaron que las capas de suelo
compuestas de material arenoso con
fr
permitieron velocidades de
flujo a saturación más altas que las registradas en capas compuestas
únicamente de material fino.
/ 74 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
La falta de conocimiento en el campo de las propiedades hidráulicas de los suelos con fr motivó un incremento en las investigaciones en
esta temática a partir de la década de los ochenta, especialmente, sobre
la relación fr - Ks. Los resultados de estas investigaciones permitieron
determinar un efecto negativo entre el aumento del contenido de fr y
la disminución de la capacidad de transmisividad hidráulica del suelo.
En algunas de estas investigaciones se establecieron ecuaciones para
estimar la Ks en suelos con fr, ajustando los valores de Ks de la matriz
del suelo mediante un factor de corrección por contenido gravimétrico
o volumétrico de fr (Bouwer y Rice, 1984; Brakensiek et al., 1986; Peek
y Watson, 1979). Así mismo, Ravina y Magier (1984) desarrollaron una
ecuación en la que se planteaba la relación entre la Ks y los fr mediante
un factor de ajuste, factor que demostró tener un efecto negativo en
suelos con fr sin compactación, y positivo en suelos compactados. Estos
autores encontraron que los fr aumentaron la Ks, lo cual atribuyeron a
que los fr permitieron conservar macroporosidades del suelo luego de
ser compactado. Por otra parte, Russo (1983) estableció que, en suelos
con
fr,
el modelo más adecuado para describir la Ks correspondía al
propuesto por Brooks y Corey (1964). Estas ecuaciones de estimación
pueden ser consideradas pioneras en el campo del movimiento de agua
en condiciones de saturación en suelos con fr.
Dunn y Mehuys (1984) también registraron disminución en los
valores de la Ks cuando aumentaron los contenidos volumétricos de
fr
en el suelo. En esta investigación, empleando esferas de vidrio de similar diámetro equivalente, se encontró que la Ks disminuyó cuando
se incrementaron los diámetros de las esferas; los autores señalaron
que, si bien el comportamiento de Ks frente a los contenidos de
fr
no
era totalmente entendido, la disminución de Ks podría deberse a una
mayor tortuosidad del flujo de agua y a una disminución del área de la
sección transversal de suelo que permite el movimiento, de tal forma
que el agua debe rodear los
fr
disminuyendo considerablemente su
/ 75 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
velocidad. Estos mismos autores sostienen que la ecuación presentada
por Peek y Watson (1979) describía adecuadamente el comportamiento de la Ks; sin embargo, dicho ajuste predictivo en la ecuación puede
verse afectado por las variaciones en la homogeneidad de la matriz del
suelo y por las formas irregulares de los fr.
Brakensiek y Rawls (1994) realizaron una minuciosa recopilación
de las investigaciones publicadas hasta principios de la década de los
noventa en lo referente a la relación Ks -fr. A partir de esta década, diversos estudios también han conseguido efectos negativos de los fr en
la Ks, por lo cual reportan, principalmente, que dicho comportamiento
obedecía a que los fr reducían el espacio poroso permeable de la matriz
del suelo, lo que incrementaba la tortuosidad del flujo de agua y disminuía subsecuentemente su velocidad de movimiento bajo condiciones
de saturación (Hung et al., 2007; Novák et al., 2011; Novák y Kňava 2012;
Coppola et al., 2013; Al-Qinna et al., 2014; Hlaváčiková y Novák 2014a;
Hlaváčiková et al., 2016; Wegehenkel et al., 2017).
Además de lo anterior, Gutierrez y Vallejo (2013) describieron que
el tamaño de los fr dispersos en el suelo tenían un efecto en detrimento
de la Ks, ya que para un mismo contenido gravimétrico de fr, en cuanto
más se incremente el diámetro equivalente de los fr, menor será la Ks.
Resultados similares fueron encontrados por Hung et al. (2007), quienes
resaltaron la importancia del tamaño, la posición y la distribución de
los
fr
como variables clave en la mencionada reducción de la veloci-
dad del flujo saturado. A su vez, Yuanjun y Ming’an (2006) reportaron
que el comportamiento de la Ks en mezclas de suelo y fr se encuentra
dominado primordialmente por la matriz del suelo y el coeficiente de
forma de los fr localizados dentro de este. Con base en un enfoque físico-matemático, Fennemore y Warrick (1997), mediante simulaciones
basadas en medio cuerpo de Rankine tridimensionales —considerados
por los autores como más apropiados para simular el flujo alrededor
/ 76 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
de objetos reales—, encontraron el mismo efecto negativo sobre la Ks;
no obstante, los cuerpos puestos de manera vertical —como estacas
dentro del perfil del suelo— no presentaron variaciones significativas
en el comportamiento de la variable, por lo tanto, se concluyó que la
posición de los cuerpos influye sustancialmente en el comportamiento
hidráulico del suelo.
Novák et al. (2011) sostienen que el flujo de agua bajo saturación en
el suelo decrece de manera no lineal en función al contenido de fr, pues
los valores encontrados experimentalmente fueron más bajos que los
representados por los modelos de ajuste tradicionales; señalan, además,
que este fenómeno puede deberse a la disminución de la resistencia
hidráulica ofrecida por altos contenidos de fr y al efecto de su tamaño.
Por otra parte, un resultado opuesto fue encontrado por Hlaváčiková
et al. (2014), quienes mencionan que la disminución de Ks frente al
contenido de fr sigue una tendencia lineal tradicional, aunque aclaran
que esta relación solo pudo ser obtenida en condiciones de laboratorio.
Si bien se han reportado efectos negativos en el movimiento de
agua a saturación en suelos con fr, otras investigaciones han obtenido
resultados opuestos, puesto que se han observado efectos positivos de
dichas inclusiones sobre la Ks, lo que coincide con lo encontrado por
Clothier et al. (1977). Por su parte, Beckers et al. (2016), mediante experimentos en laboratorio, demostraron que el aumento de contenidos
de fr podía incrementar Ks y sugieren que este efecto se debe posiblemente a la conformación de un sistema de macroporos en el suelo, cuyo
flujo se activa en condiciones cercanas a saturación, mientras que, en
los microporos de la matriz del suelo, el agua solo puede ser drenada
por efectos de diferencias de potencial. Esta explicación puede ayudar
a entender el comportamiento contrastante de la Kq y la Ks en suelos
pedregosos, en los cuales los fr generan una disminución de la Kq, pero,
a su vez, propicia aumentos en los valores de la Ks.
/ 77 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
De acuerdo con este enfoque, en la figura 25 se muestra un perfil de
suelo sin fr, en el cual el movimiento del agua en condiciones saturadas
se da por las características de la matriz del suelo, pero cuando este
mismo sistema posee un contenido de fr bajo, estas inclusiones limitan
el movimiento del agua, ya que son menos permeables que la matriz de
suelo y, por lo tanto, generan mayor tortuosidad en el flujo del agua. Sin
embargo, al alcanzar un mayor contenido de fr, estos tienen una mayor
posibilidad de realizar contacto entre sí, generando poros lacunares, los
cuales son poros donde el agua es almacenada a bajas tensiones (Fies et
al., 2002); estos poros lacunares pueden generar flujos preferenciales
que permiten mayores movimiento del agua en el suelo, por lo cual,
cuando existe un alto número de poros lacunares es posible que los
flujos preferenciales que generan contrarresten el efecto negativo de
los fr en el suelo (menor permeabilidad y mayor tortuosidad en comparación con la matriz de suelo) mostrando entonces un efecto positivo de
los fr en los valores de la Ks.
Figura 25. Efecto del incremento del contenido de fragmentos de roca en
suelo sobre el flujo de agua en condiciones de saturación
Fuente: elaboración propia.
/ 78 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Clothier et al. (1977) también destacan la necesidad de realizar
mayores esfuerzos investigativos que involucren una mayor gama de
texturas de suelo y propiedades de los
fr
con la finalidad de obtener
conclusiones más relevantes en cuanto a los efectos de los fr sobre el
movimiento del agua en el suelo. De modo similar, Verbist et al. (2009) y
Wang et al. (2017) también resaltaron el rol que desempeñan los fr en la
creación de macroporos en el suelo, la cual, subsecuentemente, generó
aumentos en la Ks. Zhou et al. (2011) estimaron que a contenidos gravimétricos de fr de hasta el 20 %, el efecto positivo de estas inclusiones
sobre la Ks era muy limitado; sin embargo, a contenidos gravimétricos
superiores al 60 %, este efecto fue claramente visible. Otros estudios
han determinado que la Ks puede aumentar hasta 1,3 mm h-1 cuando
se realizan incrementos del 1 % en los contenidos de gravas y calizas
(Al-Qinna et al., 2008).
Van Wesemael et al. (2000) reportaron aumentos de 177 mm h-1 en
la Ks cuando se incrementaron los contenidos volumétricos de
fr
del
34 % al 45 %. Por su parte, Kamann et al. (2007) documentaron aumentos
en los valores de Ks cuando el suelo fue mezclado con fr con diámetros
equivalentes a 1 cm. Hlaváčiková et al. (2016b), mediante simulaciones
computacionales, estimaron que Ks disminuía en suelos con contenidos
de fr entre el 7 % y el 50 %, estableciendo que esta variable es sensible a
otras propiedades de los fr, como forma, tamaño, distribución y orientación dentro del perfil. A su vez, otras investigaciones han reportado
incrementos en los valores del flujo saturado de agua en función del
contenido de fr en el perfil del suelo (Miller et al., 2014; Sauer et al., 1998;
Sauer y Logsdon, 2002; Sohrt et al., 2014; Thoma et al., 2014).
En estudios realizados por Nasri et al. (2015) se sugiere que la fracción de fr en el suelo desempeña un rol importante en la aceleración
del movimiento saturado del agua debido al incremento de la porosidad
cinemática, por lo tanto, recomendaron involucrar la relación empírica
/ 79 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
propuesta por Torri et al. (1994), para establecer la porosidad cinemática
adicional. Otros trabajos han documentado cómo la cobertura de fr en
la superficie del suelo puede generar incidencias en el comportamiento
del flujo del agua en el perfil; entre estas investigaciones se encuentra
Cerdá (2001), que reportó una disminución de la Ks de 17 mm h-1 cuando
se removía toda la cobertura de fr. Por su parte, Chamizo et al. (2012)
reportaron mayor Ks en la superficie de suelos de texturas gruesas con
presencia de fr.
De igual forma, se encontró que para el proceso de infiltración de
agua en el suelo y el flujo de agua en condiciones no saturadas, en algunos casos, el comportamiento de la Ks puede ser ambivalente (positivo
o negativo) en un mismo suelo, de acuerdo con las propiedades de los
fr
cuando estos se encuentran presentes. Zhou et al. (2009) observaron
que a contenidos de
fr
inferiores al 40 %, la Ks disminuía conside-
rablemente, a partir de este contenido umbral, la velocidad de flujo
aumentó siendo similar al comportamiento registrado para la i. Así
mismo, Khetdan et al. (2017) obtuvieron cambios en el comportamiento
decreciente de la Ks a partir de contenidos de fr del 20 %, mientras que
Milczarek et al. (2016) los obtuvieron en contenidos de
fr
del 30 % (fr
con diámetros equivalentes > 0,47 cm). En estos trabajos se encontró
que, al incrementarse el contenido de fr, se formaban macroporos en el
suelo, los cuales no podían ser llenados totalmente por el material de la
matriz, de forma que el tamaño de los poros estaría determinado por las
cantidades y la distribución de los fr en el perfil de suelo.
Otras investigaciones han encontrado comportamientos crecientes
de la Ks en bajos contenidos de fr en el suelo (del 0 al 20 %); sin embargo,
al tener contenidos mayores la Ks se reduce considerablemente (Zhang
et al., 2011; Zhongjie et al., 2008; Zhongjie, 2012). Ma et al. (2010) reportaron la existencia de dos valores umbral en los contenidos de fr en el
suelo (8 y 25 %); cuando los contenidos de fr eran inferiores al primer
/ 80 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
valor umbral y superiores al segundo, se registraron incrementos significativos de la Ks, mientras que en el rango comprendido entre ambos
valores el comportamiento fue decreciente (figura 26). Solo en tres
estudios de los consultados no se estableció claramente la influencia
de los
fr
sobre el movimiento de agua en el suelo en condiciones de
saturación (Conrad et al., 2008; Khaleel y Heller, 2003; Zeng et al., 2012).
Figura 26. Influencia ambivalente del contenido de fragmentos de roca
del suelo sobre la Ks
CONTENIDO DE FRAGMENTOS DE ROCA (%)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Autor
Zhou et al. (2009)
Milczarek et al. (2016)
Khetdan et al. (2017)
Zhongjlie (2012)
Zhongjlie et al. (2008)
Zhang et al. (2011)
Ma et al. (2010)
Aumento de la conductividad
hidráulica saturada
Disminución de la conductividad
hidráulica saturada
Fuente: elaboración propia.
/ 81 /
100
EFECTO DE LOS FRAGMENTOS
DE ROCA EN LA CAPACIDAD DE
RETENCIÓN DE AGUA DEL SUELO
Los
fr
pueden influenciar el comportamiento de la capacidad de re-
tención de agua en el suelo (cras) (Brakensiek y Rawls, 1994). Lamb y
Chapman (1943) estimaron que una capa de 10,16 cm de fr sobre el suelo
permitía una mejor conservación de la humedad a través del tiempo
luego de un evento de lluvia. En los años sesenta, Petersen et al. (1968)
y Reinhart (1961) evaluaron la
cras
en suelos con
fr,
reportando una
relación negativa entre el contenido de fr y el agua retenida en el suelo,
y recalcaron que los fr deben ser incorporados en el cálculo de la humedad del suelo a diversos potenciales para mejorar las estimaciones
de dicha propiedad, ya que su medición tiende a tener una menor
precisión frente a la realizada en suelos sin fr.
Algunos autores, como Jury y Bellantuoni (1976), evaluaron el
comportamiento de la
cras
en suelos con coberturas de
fr
y estable-
cieron que las zonas del suelo con mayor capacidad de retención de
agua a bajos potenciales correspondían a aquellas con presencia de fr.
Similar resultado fue descrito por Corey y Kemper (1968), quienes emplearon coberturas de gravas con espesores de 2,54 cm; otros autores
también han reportado una influencia positiva de la presencia de fr en
/ 83 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
superficie sobre la retención de agua en el suelo, y sostienen que esto
se debe a que los fr influyen en gran medida en la disminución de las
tasas de evaporación de agua (Kemper et al., 1994; Van Wesemael et
al., 1996; Pérez, 1998; Li, 2003; Katra et al., 2008). Danalatos et al. (1995)
mencionan que esta mayor retención de agua en suelos con fr en zonas
áridas tiene una gran importancia para el ecosistema, especialmente
en la temporada de escasas precipitaciones, ya que el suelo podría
contener un mayor volumen de agua disponible para los organismos
que lo habitan.
En otros trabajos se ha reportado el efecto negativo de los fr sobre
la cras. Al respecto, Rivers y Shipp (1972) encontraron que el aumento
en los contenidos de fr disminuyeron la retención de agua en el suelo y
subsecuentemente la capacidad de retención de agua disponible (crad)
del suelo. De igual forma, Clothier et al. (1977) observaron que los suelos
compuestos de arena y
fr
poseían esta tendencia negativa, tanto en
condiciones de saturación como a potenciales de -98,06 kPa. En suelos
arcillosos, Boateng et al. (2013) reportaron menores valores de crad en las
zona de desarrollo de raíces (1 m de profundidad) cuando en ella existían
fr; mientras que Scheinost et al. (1997) reportaron que en condiciones de
contenidos de fr del 100 %, no podía presentarse crad.
La presencia de
disminución de la
fr
en el perfil del suelo ha estado asociada a una
cras,
ya que los
fr,
al ser considerados objetos im-
permeables o con menor permeabilidad en comparación la matriz del
suelo que los rodea, su incremento (volumétrico o gravimétrico), podría
conllevar a una reducción del volumen de la matriz y, por ende, a un
decrecimiento de la cras (Wang et al., 2013); estos autores sugieren que
es posible calcular cras para la mezcla de suelo y fr a través de la cras
de la matriz del suelo y la cras de los fr. En este sentido, Bouwer y Rice
(1984) presentaron un factor de ajuste lineal para cras en suelos con fr
en función a los contenidos de estas inclusiones en el perfil.
/ 84 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Fies et al. (2002), mediante la inclusión de fragmentos de vidrio (diámetros equivalentes de 2 y 6 mm) en una matriz del suelo, encontraron
que la cras tendía a disminuir y concluyeron que en suelos con fr existen dos tipos básicos de porosidades: la primera, asociada a la matriz del
suelo y, la segunda denominada poros lacunares, los cuales son espacios
donde el agua es almacenada a bajas tensiones. Estos factores confirman
que existe un modelo de porosidad dual (bimodal) y que, de acuerdo con
el experimento realizado, el efecto de los poros lacunares fue menor al
de los poros de la matriz, dando como resultado la disminución de cras.
Así mismo, Nasri et al. (2015) explican que dicha porosidad no tiene
gran potencial de almacenamiento debido a que su función es más
cinemática (de flujo).
Baetens et al. (2009) explican que si bien la cras disminuye en función al contenido de fr, esta relación se vuelve más débil en la medida en
que los potenciales mátricos decrecen, lo cual indica que los fr alteran
la retención, especialmente en los poros que pueden conducir el agua
en condiciones cercanas al punto de saturación, concordando con las
observaciones planteadas por Bouwer y Rice (1984) y Fies et al. (2002).
Los autores añaden, que si bien el contenido de fr se relaciona con el
número de poros con diámetros entre 1 y 0,25 mm, se deben realizar
investigaciones enfocadas a encontrar relaciones cuantitativas entre
los contenidos de fr y la retención de agua, empleando especialmente
funciones de pedotransferencia.
A su vez, Hlaváčiková y Novák (2014b) destacan que, en mezclas de
suelos arcillo limosos con fragmentos de vidrio (diámetros equivalentes
< 6 mm), entre 30 % y 40 %, los valores obtenidos experimentalmente
para la cras fue superior a los estimados mediante funciones de ajuste
por contenidos de fr; sin embargo, si los fr presentes en el perfil poseen
poca capacidad de retención de agua y sus contenidos en el suelo son
/ 85 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
bajos, entre el 10 % y el 30 %, la
cras experimental
y la estimada por
funciones de ajuste tienden a ser muy similares.
Por otra parte, Al-Qinna et al. (2008) también reportaron el efecto negativo de los
fr
en la
cras;
no obstante, este efecto no pudo ser
apreciado claramente en suelos con
fr
constituidos por carbonatos
(caliza), lo cual refiere que, el material constitutivo de los
fr
juega un
papel importante en el comportamiento de la cras del suelo, ya que si el
material del fr es poroso, puede contrarrestar el efecto de la disminución de la cras (Khaleel y Relyea, 1997). Reinhart (1961) concluye que la
medición de los factores asociados a la retención de agua en suelos con
fr
es una tarea laboriosa, ya que los métodos de medición tradicional-
mente empleados obtienen una precisión, por lo general, menor cuando
se trabajan con este tipo de suelos. Otras investigaciones también han
reportado una influencia negativa de los fr sobre la cras (Petersen et al.,
1968; Russo, 1983; Van Wesemael et al., 2000; Ma y Shao, 2008; Novák y
Kňava, 2012; Coppola et al., 2013; Parajuli et al., 2015; Hlaváčiková et al.,
2015, 2018; Hlaváčiková et al., 2016; Mi et al., 2016; Khetdan et al., 2017;
Arias et al., 2019).
Si bien se han reportado efectos decrecientes en la cras cuando existe
presencia de fr en el perfil, diversos estudios han reportado resultados
contradictorios sobre dicha influencia. En este sentido, Al-Yahyai et al.
(2006) encontraron que, en suelos con fr, el agua puede ser almacenada
principalmente en los puntos de contacto entre fragmentos de roca con
diámetros equivalentes > 3 cm y la matriz del suelo; así, si el material
de fr es poroso, puede incrementar sustancialmente la cras, de acuerdo
con las características de dicho material; a su vez, el grado de meteorización del material es un factor que puede aumentar la capacidad de
retención de agua de los fr. Resultados análogos fueron reportados por
Brouwer y Anderson (2000), quienes en un suelo australiano compuesto por fr, tipo gravas ferrosas, concluyeron que el hecho de no tener en
/ 86 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
cuenta la cras de los fr puede llevar a una subestimación de contenido
de agua disponible del suelo en factores entre 1,08 a 1,67. Por su parte,
Unger (1971) estimó que a potenciales de 500 a 1500 kPa, los suelos que
poseían capas de
fr
compuestos de gravas en el perfil permitían una
mayor retención de agua en comparación con suelos sin dichas capas.
El efecto positivo de los fr sobre la cras puede ocurrir en condiciones
cercanas a saturación, cuando los macroporos creados por el contacto
entre la matriz del suelo y los
fr
permiten el almacenamiento del agua
(Sohrt et al., 2014; Thoma et al., 2014); a su vez, en condiciones saturadas
e insaturadas, los fr pueden llegar a almacenar cantidades considerables
de agua en el suelo, debido a las características litológicas de su material
parental (Al-Yahyai et al,. 2006; Flint y Childs, 1984; Ingelmo et al., 1994;
K. Parajuli et al., 2017, 2016; Zhongjie et al., 2008). Oyonarte et al. (1998)
sostienen que el entendimiento de las características litológicas de los fr
(densidad, porosidad, contenidos de hierro y composición mineralógica)
es un aspecto importante para comprender el modo como estos pueden
determinar el comportamiento de la cras; así, por ejemplo, en suelos con
fr
compuestos de caliza, esquisto y pedernal, la crad puede ser sobreesti-
mada al considerar exclusivamente la cras de la matriz del suelo; mientras
que en suelos con fr de carbonatos de calcio, la crad es subestimada, debido a que este material posee una mayor porosidad (Tetegan et al., 2011).
En algunos casos, cuando no se tienen en cuenta los fr en el suelo, la
crad
puede ser sobreestimada hasta un 39 %; sin embargo, cuando se tie-
ne en cuenta el volumen de fr, sin tener en cuenta otra propiedad de los
fr, la crad se subestima en aproximadamente un 34 % (Cousin et al., 2003).
Bajo esta tendencia, otras investigaciones han reportado que no tener en cuenta los efectos de los fr como parte de la estimación de la crad,
puede conllevar a sub o sobreestimaciones con respecto a los valores
reales de esta en el suelo; en algunos casos, los contenidos de fr entre el 0
y el 40 % pueden permitir mayores valores de crad en los suelos, lo cual
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Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
retrasa la pérdida de agua durante varios días después de los eventos de
lluvia (Montagne et al., 1992; Tetegan et al., 2015a, 2015b). Las anteriores investigaciones destacaron también la importancia de considerar
el tamaño de los fr, como un aspecto importante para la comprensión
del comportamiento de la cras, ya que especialmente los fr con tamaño
tipo guijarro presentaron mayores valores en su cras.
En algunos casos, y dependiendo de las propiedades de los fr y sus
respectivas características litológicas, se pueden tener efectos positivos
y negativos en la
cras
para un mismo suelo. Ravina y Magier (1984)
destacan que, en condiciones de saturación, los fr permiten preservar
porosidades que facilitan el movimiento del agua en el suelo; dichos
poros cinemáticos pueden tener mayores contenidos de agua en estados cercanos a la saturación; sin embargo, los mismos fr presentaron el
efecto contrario en condiciones de alta tensión dada su baja permeabilidad. Posteriormente, Ingelmo et al. (1994) establecieron que, dependiendo del tipo de material parental de los fr, estos pueden tener mayor
cras y, subsecuentemente, contener más cantidad de agua conllevando
a una mayor cras en bajas tensiones. Si bien, los fr estudiados por los
autores presentaron un efecto positivo sobre la cras, los fr constituidos
por material de esquisto no siguieron dicha tendencia. Flint y Childs
(1984) argumentaron que la dualidad en el efecto de los
fr
en la
cras
se debía a las densidades de los materiales constitutivos de dichos
si las densidades eran bajas, los
fr
fr;
tendrían un efecto negativo en la
capacidad de retención de agua en el suelo; no obstante, aclaran que en
suelos con altos contenidos de fr, el contenido deja de ser el factor más
relevante, siendo la porosidad de los fr la propiedad que mejor explicaría el comportamiento de la cras.
Lai et al. (2018) encontraron que a contenidos de
fr
del 40 % se
generaba un valor umbral en el cual había un cambio en el comportamiento de la
cras,
mostrando efectos negativos sobre esta propiedad,
/ 88 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
cuando el contenido de fr era menor o igual al contenido umbral, lo que
demuestra efectos opuestos con contenidos mayores a dicho umbral.
Del mismo modo, Milczarek et al. (2016) reportaron un contenido de fr
umbral del 30 %, sugiriendo que a partir de dicho contenido se podían
generar sistemas de porosidad dual que permitían una mayor
cras.
Van Wesemael et al. (1996) destacaron el comportamiento negativo
de los
fr
sobre la
cras
solamente en condiciones saturadas del suelo,
mientras que, en suelos secos al aire, se obtuvo un resultado inverso.
Ma et al. (2010) reportaron contenidos de
fr
umbrales del 8 y el 25 %,
donde el máximo valor de la cras es expresando únicamente entre los
valores de contenido umbral, con contenidos superiores o inferiores a
estos valores, el comportamiento era divergente. Este comportamiento
ambivalente también es reportado por otras investigaciones (Parajuli et
al., 2017, 2016).
Solo en pocas investigaciones no se pudieron establecer relaciones
entre los fr y la cras, en las cuales se destaca, por parte de los autores,
la dificultad para la medición de la cras en suelos con fr, como también la
complejidad para la implementación de metodologías y toma de muestras adecuadas para tal finalidad (Mehuys et al., 1975; Zeng et al., 2012).
/ 89 /
PERSPECTIVAS EN LA INVESTIGACIÓN
DE LA INFLUENCIA DE LOS
FRAGMENTOS DE ROCA SOBRE LA
INFILTRACIÓN Y PROPIEDADES
HIDRÁULICAS DE LOS SUELOS
El entendimiento del efecto que los
fr
pueden generar sobre las
phs
constituye un campo de múltiples oportunidades investigativas, ya
que el comportamiento de los suelos con
fr
es complejo y debe ana-
lizarse para cada tipo de suelo en particular. A pesar de los esfuerzos
en investigación realizados en algunos lugares del mundo para comprender y describir el comportamiento hidráulico de los suelos con
fr,
aún se desconoce sobre esta temática, por lo que sería deseable
implementar nuevos estudios que permitan solucionar varios de los
interrogantes al respecto.
• En la recopilación de información realizada, en la que se lograron
consultar alrededor de 163 documentos referentes a la influencia
de los fr en la infiltración y las phs, se encontró que este aspecto del
conocimiento aún sigue siendo poco estudiado. Lo anterior, si se
tiene en cuenta que el primer documento recopilado corresponde
a 1943 y el más reciente al 2019 (76 años), con lo cual se entendería
que la tasa de publicación anual de investigaciones en el área es de
/ 91 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
aproximadamente dos documentos, cifra poco significativa en comparación con otras temáticas de la ciencia del suelo y la hidrología
subsuperficial. A su vez, gran parte de los estudios abordados han
sido realizados en zonas septentrionales del mundo, lo cual permite
inferir que el conocimiento de la infiltración y phs para suelos con fr
en zonas tropicales es un campo con muy pocas investigaciones; esto
significaría una gran oportunidad para los investigadores en estos
lugares del mundo.
• Existen múltiples abordajes metodológicos para la determinación
de la infiltración y las phs; no obstante, en su mayoría, las metodologías se han centrado en el estudio de estas propiedades en suelos
sin fr, es decir, se ha prestado poca atención a la implementación
de estos sistemas de medición en suelos con presencia de
fr.
En
algunas investigaciones se ha tratado de realizar comparaciones
entre algunas metodologías y recomendar el uso de algunas técnicas en particular; sin embargo, no hay un consenso general con
respecto a la efectividad de una técnica específica para este tipo
de suelos. Así, por ejemplo, los infiltrómetros de anillo simple y
doble anillo pueden ser empleados en suelos con bajos contenidos
de
fr,
pero en contenidos mayores, esta metodología puede ser
poco aconsejada para la medición de i, I, Kq o Ks. Otro ejemplo lo
constituye la medición de la
cras,
en la que algunos autores han
propuesto la medición directa en campo mediante instrumentos
como tensiómetros y sistemas de reflectometría de dominios de
tiempo (tdr), mientras que otros han realizado su determinación
en laboratorio empleando muestras alteradas y no alteradas. La
multiplicidad de técnicas empleadas por las investigaciones puede conllevar a resultados contradictorios por lo que se requieren
nuevas investigaciones que comparen y validen los diversos métodos reportados.
/ 92 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
• Comparativamente con el estudio del proceso de infiltración y la cras
en suelos con fr, la investigación sobre Ks ,y especialmente sobre la
Kq ,aún sigue siendo una temática con múltiples vacíos en el conocimiento; si bien, gran parte del problema radica en la aplicación de
metodologías y equipos tradicionales diseñados para suelos sin fr, es
evidente que se requiere un mayor número de investigaciones que
estudien de manera más detallada, no solamente el comportamiento del flujo del agua (saturado y no saturado) a diferentes contenidos
y tamaños de
fr,
sino que además permitan involucrar un mayor
número de propiedades de
fr
—distribución dentro del perfil del
suelo, materiales constitutivos, forma de los
fr,
entre otras—, que
permitan explicar las tendencias en los comportamientos positivos
o negativos de las variables Ks y Kq, en determinados contenidos o
tamaños de fr. Así mismo, esto hace necesario evaluar aspectos del
flujo como la tortuosidad y el funcionamiento de las redes de flujo
preferencial en diferentes escalas temporales y espaciales dentro
del perfil del suelo, para poder explicar mejor el comportamiento de
Ks y Kq en suelos con fr.
• Con el avance de las herramientas digitales, recientemente, hay un
gran número de estudios que han optado por el uso de las modelaciones computacionales para describir el comportamiento de las
variables hidráulicas en presencia de
fr.
En algunos casos, estas
modelaciones son basadas en parámetros cuyos supuestos principales radican en un efecto predeterminado de los
fr
para las
variables hidráulicas estudiadas, lo que dificulta el entendimiento
sobre el factor de influencia de estos
fr
en los modelos. Por otra
parte, aquellos casos en los cuales se han implementado variables
de modelación por medio de parametrizaciones vía experimentación —cálculo de las variables a partir de muestras en laboratorio
o mediciones en campo— no han tenido un consenso con respecto
/ 93 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
al número de muestras adecuado para establecer los valores de
dichos parámetros en los diferentes modelos.
• Entender los efectos de los fr sobre la infiltración y las phs es una
tarea compleja, ya que dichos efectos dependen de las condiciones
de la matriz del suelo y de las propiedades intrínsecas de los
fr
(contenidos, tamaños, formas, material constitutivo, etcétera). En
este contexto se han reportado efectos negativos y positivos en el
movimiento del agua y la capacidad de retención de esta en el suelo;
sin embargo, es claro que dichos comportamientos pueden presentarse simultáneamente en un mismo suelo bajo determinados contenidos o valores umbral de fr. Por lo anterior, se sugiere plantear
nuevas investigaciones que permitan establecer los valores umbral
de las phs en los suelos con diferentes características de fr.
• Si bien se han desarrollado diversas
ptf
para estimar las
phs
en
suelos, estas son relativamente escasas en suelos con fr. Lo anterior pone de manifiesto la necesidad de implementar nuevas
ptf
que permitan predecir el comportamiento de las phs en suelos con
influencia de fr. A su vez, se requiere que el desarrollo de las
ptf
involucre una mayor cantidad de muestras de suelo bajo diversas
condiciones y propiedades de fr, para que su implementación pueda realizarse de manera más generalizada en el mundo.
/ 94 /
CONCLUSIONES
Este documento permitió mostrarle al lector aspectos básicos sobre los
fragmentos de roca en el suelo y cómo estos afectan la infiltración y las
propiedades hidráulicas de los suelos. En tal sentido, a pesar de los múltiples esfuerzos en investigación realizados desde 1943, en lo referente
al efecto de los fr en el comportamiento hidráulico de los suelos, aún
persisten contradicciones o ambivalencias bajo determinados valores
umbral en los resultados obtenidos por las diversas investigaciones
recopiladas; esto se da especialmente en aquellas relacionadas con el
movimiento de agua (bajo condiciones de saturación y no saturación)
en suelos con fr dentro del perfil. Este hecho puede atribuirse no solamente a la multiplicidad de metodologías empleadas por los investigadores —métodos de medición directa en campo o en laboratorio—, sino
que, puede relacionarse con las diversas condiciones edafológicas del
material empleado, propiedades de los fr, objetivos de cada investigación y condiciones iniciales en cada experimento.
A pesar de que la infiltración es un proceso hidráulico que se da
en un nivel superficial del suelo, su comportamiento puede verse afectado por la presencia de fr tanto a nivel superficial —descansando en
la superficie del suelo o parcialmente embebidos en horizonte superficial— como en el interior del perfil. Los fr pueden generar influencias
/ 95 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
positivas (aumento), negativas (disminución) e incluso ambivalentes
en el comportamiento de este proceso, convirtiendo los fr en un factor
clave para la generación de escorrentía superficial del suelo, procesos
erosivos e ingreso del agua al sistema edáfico. No obstante, se hace
necesario profundizar en explicar de mejor manera el efecto del tamaño y la posición —superficial o parcialmente embebidos en el primer
horizonte— de los fr en el perfil del suelo sobre este proceso físico.
De manera similar, el movimiento del agua a través del perfil del
suelo se encuentra claramente influenciado por la presencia de
fr
y
posee un comportamiento igualmente complejo al mencionado para la
infiltración. En este caso, el contenido de los fr es una variable trascendental para analizar su efecto en el movimiento saturado o insaturado
del suelo; sin embargo, el contenido por sí solo no explica toda la variabilidad del sistema. Así por ejemplo, la distribución de los fr en el perfil
del suelo define la arquitectura edáfica, la cual puede (dependiendo de
su distribución) generar flujos preferenciales, macroporosidades o poros
lacunares que afectan este movimiento. Así mismo, otras propiedades
de los
fr,
como su tamaño, forma y orientación deben ser analizadas
conjuntamente en aras de tener una visión más completa del proceso
de movimiento interno del líquido en el suelo.
De acuerdo con los resultados de las investigaciones, es evidente
que los
fr
poseen una influencia sobre la capacidad de retención de
agua de los suelos y subsecuentemente sobre la capacidad de agua
disponible para las plantas. Tradicionalmente, se ha asumido que los fr,
al ser elementos con mayor densidad, en comparación con la densidad
de la matriz del suelo, se considera que tienen un efecto negativo o de
disminución en la capacidad de retención del agua en el suelo; gracias a
las investigaciones realizadas en años recientes, se ha podido establecer una nueva mirada a este proceso, ya que, otras propiedades de los
fr,
como el contenido, la distribución, el tamaño y especialmente su
/ 96 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
material constitutivo (porosidad del material) pueden ayudar a describir de mejor manera el comportamiento de la retención de agua que
acontece en el perfil del suelo. Por lo tanto, en algunos casos y dependiendo de las anteriormente mencionadas propiedades de los fr, estos
fragmentos pueden almacenar cantidades considerables de líquido,
convirtiéndolos en una fuente de abastecimiento para las plantas durante las temporadas de sequía o de menor precipitación.
El entendimiento de los efectos hidrodinámicos de los
fr
en los
suelos es un gran reto en la investigación futura, ya que su comportamiento es particular y puede ser considerado como uno de los más
complejos en los suelos del planeta. Como fue establecido en este documento, existe un creciente interés investigativo en el ámbito internacional por el estudio del comportamiento hidráulico de los suelos con
fr;
sin embrago, se observa que son muy pocos los trabajos que se han
desarrollado en suelos tropicales, en muchos de los cuales se cuenta
con la presencia de fr dentro y sobre la superficie del suelo. Esta situación presenta una gran oportunidad para el desarrollo de proyectos
científicos latinoamericanos que permitan ahondar en el estudio de la
dinámica hidráulica de los suelos del trópico con fr.
/ 97 /
REFERENCIAS
Abrahams, A. D. y Parsons, A. J. (1991). Relation between infiltration
and stone cover on a semiarid hillslope, southern Arizona.
Journal of Hydrology, 122 (1-4), 49-59. https://doi.org/10.1016/
0022-1694(91)90171-D
Adams, J. E. (1966). Influence of mulches on runoff, erosion, and soil moisture depletion. Soil Science Society of America Journal, 30 (1), 110114. https://doi.org/10.2136/sssaj1966.03615995003000010036x
Agassi, M. y Levy, G. J. (1991). Stone-cover and rain intensity: Effects on
infiltration, erosion and water splash. Australian Journal of Soil
Research, 29 (4), 565-575. https://doi.org/10.1071/SR9910565
Al-Qinna, M. I., Salahat, M. A. y Shatnawi, Z. N. (2008). Effect of carbonates and gravel contents on hydraulic properties in gravely-calcareous soils. Dirasat, Agricultural Sciences, 35 (3), 145-158.
Al-Qinna, M., Scott, H. D., Brye, K. R., Van Brahana, J., Sauer, T. J. y
Sharpley, A. (2014). Coarse fragments affect soil properties in a
mantled-karst landscape of the Ozark highlands. Soil Science,
179 (1), 42-50. https://doi.org/10.1097/SS.0000000000000034
Al-Yahyai, R., Schaffer, B., Davies, F. S. y Muñoz-Carpena, R. (2006).
Characterization of soil-water retention of a very gravelly loam
/ 99 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
soil varied with determination method. Soil Science, 171 (2), 8593. https://doi.org/10.1097/01.ss.0000187372.53896.9d
Álvarez-Acosta, C., Lascano, R. J. y Stroosnijder, L. (2012). Test of the
Rosetta pedotransfer function for saturated hydraulic conductivity. Open Journal of Soil Science, 02 (03), 203-212. https://doi.
org/10.4236/ojss.2012.23025
Arias, N., Virto, I., Enrique, A., Bescansa, P., Walton, R. y Wendroth, O.
(2019). Effect of stoniness on the hydraulic properties of a soil
from an evaporation experiment using the wind and inverse
estimation methods. Water, 11 (3), 440. https://doi.org/10.3390/
w11030440
Baetens, J. M., Verbist, K., Cornells, W. M., Gabriels, D. y Soto, G. (2009).
On the influence of coarse fragments on soil water retention.
Water Resources Research, 45 (7), 1-14. https://doi.org/10.1029/
2008WR007402
Bagarello, V. y Iovino, M. (2007). Comments on “Predicting the effect
of rock fragments on saturated soil hydraulic conductivity.” Soil
Science Society of America Journal, 71, 1584. https://doi.org/10.
2136/sssaj2007.0193L
Bear, J. (1972). Dynamics of fluids in porous media. Elsevier.
Beckers, E., Pichault, M., Pansak, W., Degré, A. y Garré, S. (2016).
Characterization of stony soils’ hydraulic conductivity using laboratory and numerical experiments. Soil, 2 (3), 421-431. https://
doi.org/10.5194/soil-2-421-2016
Beven, K. (2012). Rainfall-Runoff Modelling. En Rainfall-Runoff
Modelling: The Primer (2.a ed.). John Wiley & Sons. https://doi.
org/10.1002/9781119951001
/ 100 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Boateng, E., Yangyuoru, M., Breuning-Madsen, H. y MacCarthy, D.
S. (2013). Characterization of soil-water retention with coarse
fragments in the Densu Basin of Ghana. West African Journal of
Applied Ecology, 21 (1), 31-46.
Bouma, J. (1989). Using soil survey data for quantitative land evaluation.
En B. A. Stewart (ed.), Advances in Soil Science (vol. 9, pp. 177-213).
Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4612-3532-3_4
Bouwer, H. y Rice, R. C. (1984). Hydraulic properties of stony vadose zones. Groundwater, 22 (6), 696-705. https://doi.org/10.1111/j.17456584.1984.tb01438.x
Box, J. E. (1981). The effects of surface slaty fragments on soil erosion
by water. Soil Science Society of America Journal, 45 (1), 111-116.
https://doi.org/10.2136/sssaj1981.03615995004500010024x
Brakensiek, D. L. y Rawls, W. J. (1994). Soil containing rock fragments:
effects on infiltration. Catena, 23 (1-2), 99-110. https://doi.
org/10.1016/0341-8162(94)90056-6
Brakensiek, D. L., Rawls, W. J. y Stephenson, G. R. (1986). Determining
the saturated hydraulic conductivity of a soil containing rock
fragments. Soil Science Society of America Journal, 50 (3), 834835. https://doi.org/10.2136/sssaj1986.03615995005000030053x
Brilhante, S. A., Santos, J. C. B. dos, Souza Júnior, V. S. de, Araújo, J. K. S.,
Ribeiro Filho, M. R. y Corrêa, M. M. (2017). Weathering of rhyolites and soil formation in an atlantic forest fragment in northeastern Brazil. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 41 (1), 1-18. https://
doi.org/10.1590/18069657rbcs20160558
Brooks, R. H. y Corey, A. T. (1964). Hydraulic properties of porous media.
Hydrology Papers 3, Colorado State University, Fort Collins. En
/ 101 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Hydrology Papers 3, Colorado State University, Fort Collins (vol. 3).
https://doi.org/citeulike-article-id:711012
Brouwer, J. A. y Anderson, H. (2000). Water holding capacity of ironstone gravel in a Typic Plinthoxeralf in southeast Australia. Soil
Science Society of America Journal, 64 (5), 1603-1608. https://doi.
org/10.2136/sssaj2000.6451603x
Buchter, B., Hinz, C., Flury, M. y Fluhler, H. (1995). Heterogeneous flow
and solute transport in an unsaturated stony soil monolith.
Soil Science Society of America Journal, 59 (1), 14-21. https://doi.
org/10.2136/sssaj1995.03615995005900010002x
Calvo-Cases, A., Boix-Fayos, C. y Imeson, A. C. (2003). Runoff generation, sediment movement and soil water behaviour on calcareous (limestone) slopes of some Mediterranean environments
in southeast Spain. Geomorphology, 50 (1-3), 269-291. https://doi.
org/10.1016/S0169-555X(02)00218-0
Cassel, D. K. y Nielsen, D. R. (1986). Field capacity and available water
capacity. En A. Klute (ed.), Methods of Soil Analysis: Part 1 —
Physical and Mineralogical Methods. SSSA Book Ser. 5.1. (pp. 901926). Soil Science Society of America. https://doi.org/10.2136/
sssabookser5.1.2ed.c36
Cerdá, A. (2001). Effects of rock fragment cover on soil infiltration, interrill runoff and erosion. European Journal of Soil Science, 52 (1),
59-68. https://doi.org/10.1046/j.1365-2389.2001.00354.x
Chamizo, S., Cantón, Y., Lázaro, R., Solé-Benet, A. y Domingo, F. (2012).
Crust composition and disturbance drive infiltration through
biological soil crusts in semiarid ecosystems. Ecosystems, 15 (1),
148-161. https://doi.org/10.1007/s10021-011-9499-6
/ 102 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Chapuis, R. P. (2004). Predicting the saturated hydraulic conductivity of
sand and gravel using effective diameter and void ratio. Canadian
Geotechnical Journal, 41 (5), 787-795. https://doi.org/10.1139/t04-022
Chen, H., Liu, J., Zhang, W. y Wang, K. (2012). Soil hydraulic properties on the
steep karst hillslopes in northwest Guangxi, China. Environmental Earth
Sciences, 66 (1), 371-379. https://doi.org/10.1007/s12665-011-1246-y
Chow, T. L. y Rees, H. W. (1995). Effects of coarse-fragment content and
size on soil erosion under simulated rainfall. Canadian Journal
of Soil Science, 75 (2), 227-232. https://doi.org/10.4141/cjss95-031
Chow, T. L., Rees, H. W. y Moodie, R. L. (1992). Effects of stone removal and stone crushing on soil properties, erosion and potato quality. Soil Science,
153 (3), 242-249. https://doi.org/10.1097/00010694-199203000-00008
Clothier, B. E., Scotter, D. R. y Kerr, J. P. (1977). Water retention in soil
underlain by a coarse-textured layer. Soil Science, 123 (6), 392399. https://doi.org/10.1097/00010694-197706000-00008
Conrad, C. M., Ritzi, R. W. y Dominic, D. F. (2008). Air-based measurements of permeability in pebbly sands. Ground Water, 46 (1),
103-112. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.2007.00379.x
Coppola, A., Dragonetti, G., Comegna, A., Lamaddalena, N., Caushi, B.,
Haikal, M. A. y Basile, A. (2013). Measuring and modeling water
content in stony soils. Soil and Tillage Research, 128, 9-22. https://
doi.org/10.1016/j.still.2012.10.006
Coppola, A., Comegna, A., Dragonetti, G., Dyck, M., Basile, A., Lamaddalena,
N., Kassab, M. y Comegna, V. (2011). Solute transport scales in an
unsaturated stony soil. Advances in Water Resources, 34 (6), 747759. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2011.03.006
Corey, A. T. y Kemper, W. D. (1968). Conservation of Soil Water by
Gravel Mulches. Hidrology Papers, 30. Colorado State University.
Fort Collins, Colorado.
/ 103 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Cousin, I., Nicoullaud, B. y Coutadeur, C. (2003). Influence of rock
fragments on the water retention and water percolation in a
calcareous soil. Catena, 53 (2), 97-114. https://doi.org/10.1016/
S0341-8162(03)00037-7
Dadkhah, M. y Gifford, G. F. (1980). Influence of vegetation, rock cover,
and trampling on infiltration rates and sediment production.
Journal of the American Water Resources Association, 16 (6), 979986. https://doi.org/10.1111/j.1752-1688.1980.tb02537.x
Danalatos, N. G., Kosmas, C. S., Moustakas, N. C. y Yassoglou, N. (1995).
Rock fragments II. Their impact on soil physical properties and
biomass production under Mediterranean conditions. Soil Use
and Management, 11 (3), 121-126. https://doi.org/10.1111/j.14752743.1995.tb00509.x
Dann, R., Close, M., Flintoft, M., Hector, R., Barlow, H., Thomas, S. y
Francis, G. (2009). Characterization and estimation of hydraulic
properties in an alluvial gravel vadose zone. Vadose Zone Journal,
8 (3), 651-663. https://doi.org/10.2136/vzj2008.0174
De Figueiredo, T. y Poesen, J. (1998). Effects of surface rock fragment
characteristics on interrill runoff and erosion of a silty loam soil.
Soil and Tillage Research, 46(1-2), 81-95. https://doi.org/10.1016/
S0167-1987(98)80110-4
Dunn, A. J. y Mehuys, G. R. (1984). Relationship Between Gravel Content
of Soils and Saturated Hydraulic Conductivity in Laboratory
Tests. En J. D. Nichols, P. L. Brown y W. J. Grant (eds.), Erosion
and Productivity of Soils Containing Rock Fragments.
sssa
Special
Publication 13 (pp. 55-63). https://doi.org/10.2136/sssaspecpub13.c6
Epstein, E. y Grant, W. J. (1966). Rock and crop-management effects on
runoff and erosion in a potato-producing area. Transactions of
the asae, 9 (6), 0832-0833. https://doi.org/10.13031/2013.40109
/ 104 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Fennemore, G. G. y Warrick, A. W. (1997). Simulation of unsaturated
water flow around obstructions: Three-dimensional Rankine
bodies. Advances in Water Resources, 20 (1), 15-22. https://doi.
org/10.1016/S0309-1708(96)00010-3
Fies, J. C., De Louvigny, N. y Chanzy, A. (2002). The role of stones in soil
water retention. European Journal of Soil Science, 53 (1), 95-104.
https://doi.org/10.1046/j.1365-2389.2002.00431.x
Fleming, R. L., Black, T. A. y Eldridge, N. R. (1993). Water-content, bulkdensity, and coarse fragment content measurement in forest
soils. Soil Science Society of America Journal, 57 (1), 261-270. https://doi.org/10.2136/sssaj1993.03615995005700010045x
Flint, A. L. y Childs, S. (1984). Physical properties of rock fragments
and their effect on available water in skeletal soils. En Erosion
and poductivity of soils containing rock fragments.
sssa
Special
Publication 13 (pp. 91-101). Soil Science Society America. https://
doi.org/10.2136/sssaspecpub13.c10
Gabriels, D., Lobo, D. y Pulido, M. (2006). Métodos para determinar la
conductividad hidráulica saturada y no saturada de los suelos.
Venesuelos, 14 (1), 7-22. http://venesuelos.org.ve/index.php/
venesuelos/article/view/102
Gardi, C., Angelini, M., Barceló, S., Comerma, J., Cruz Gaistardo, C.,
Encina Rojas, A., Jones, A., Krasilnikov, P., Brefin Mendonça
Santos, M. L., Montanarella, L., Muñiz Ugarte, O., Schad, P., Vara
Rodríguez, M. ., Vargas, R. y Ravina da Silva, M. (Eds.). (2014). Soil
atlas of Latin America and the Caribbean. European Commission,
Publications Office of the European Union.
Gong, T., Zhu, Y. y Shao, M. (2018). Effect of embedded-rock fragments
on slope soil erosion during rainfall events under simulated laboratory conditions. Journal of Hydrology, 563, 811-817. https://
doi.org/10.1016/j.jhydrol.2018.06.054
/ 105 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Gordillo-Rivero, Á. J., García-Moreno, J., Jordán, A., Zavala, L. M. y
Granja-Martins, F. M. (2014). Fire severity and surface rock fragments cause patchy distribution of soil water repellency and
infiltration rates after burning. Hydrological Processes, 28 (24),
5832-5843. https://doi.org/10.1002/hyp.10072
Grant, W. J. y Struchtemeyer, R. A. (1959). Influence of the coarse fraction in two Maine potato soils on infiltration, runoff and erosion.
Soil Science Society of America Journal, 23 (5), 391-394. https://doi.
org/10.2136/sssaj1959.03615995002300050028x
Grath, S. M., Ratej, J., Jovičić, V. y Curk, B. Č. (2015). Hydraulic characteristics of alluvial gravels for different particle sizes and pressure
heads. Vadose Zone Journal, 14 (3), 1-18. https://doi.org/10.2136/
vzj2014.08.0112
Guo, T., Wang, Q., Li, D. y Zhuang, J. (2010). Effect of surface stone cover
on sediment and solute transport on the slope of fallow land in
the semi-arid loess region of northwestern China. Journal of
Soils and Sediments, 10 (6), 1200-1208. https://doi.org/10.1007/
s11368-010-0257-8
Gutiérrez, J. J. y Vallejo, L. E. (2013). Laboratory experiments on the
hydraulic conductivity of sands with dispersed rock particles.
Geotechnical and Geological Engineering, 31 (4), 1405-1410. https://
doi.org/10.1007/s10706-013-9652-4
Hanson, C. T. y Blevins, R. L. (1979). Soil water in coarse fragments. Soil
Science Society of America Journal, 43 (4), 819-820. https://doi.
org/10.2136/sssaj1979.03615995004300040044x
Herrick, J. E., Van Zee, J. W., Belnap, J., Johansen, J. R. y Remmenga,
M. (2010). Fine gravel controls hydrologic and erodibility responses to trampling disturbance for coarse-textured soils with
weak cyanobacterial crusts. Catena, 83 (2-3), 119-126. https://doi.
org/10.1016/j.catena.2010.08.007
/ 106 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Hingray, B., Picouet, C. y Musy, A. (2014). Hydrology: A science for engineers (First). crc Press. https://doi.org/10.1201/b17169
Hlaváčiková, H., Danko, M., Holko, L., Hlavčo, J. y Novák, V. (2016). The
Soil Water Regime of Stony Soils in a Mountain Catchment. In
egu
General Assembly Conference Abstracts (pp.
epsc2016-462).
https://doi.org/10.2136/vzj2007.0077.European
Hlaváčiková, H. y Novák, V. (2014a). A relatively simple scaling method for describing the unsaturated hydraulic functions of stony
soils. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 177 (4), 560-565.
https://doi.org/10.1002/jpln.201300524
Hlaváčiková, H. y Novák, V. (2014b). Stony soils hydrophysical characteristics. iii. Soil water retention. Acta Hydrologica Slovaca,
15 (1), 43-50.
Hlaváčiková, H., Novák, V. y Holko, L. (2015). On the role of rock fragments and initial soil water content in the potential subsurface
runoff formation. Journal of Hydrology and Hydromechanics,
63 (1), 71-81. https://doi.org/10.1515/johh-2015-0002
Hlaváčiková, H., Novák, V., Kostka, Z., Danko, M. y Hlavčo, J. (2018). The
influence of stony soil properties on water dynamics modeled
by the hydrus model. Journal of Hydrology and Hydromechanics,
66 (2), 181-188. https://doi.org/10.1515/johh-2017-0052
Hlaváčiková, H., Novák, V., Orfánus, T., Danko, M, y Hlavčo, J. (2014).
Stony soils hydrophysical characteristics. I. Hydraulic conductivities. Acta Hydrologica Slovaca, 15 (1), 24-34.
Hlaváčiková, H., Novák, V. & Šimůnek, J. (2016). The effects of rock fragment shapes and positions on modeled hydraulic conductivities
of stony soils. Geoderma, 281, 39-48. https://doi.org/10.1016/j.
geoderma.2016.06.034
/ 107 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Hung, K.-C., Kosugi, K., Lee, T. H. y Misuyama, T. (2007). The effects of rock
fragments on hydrologic and hydraulic responses along a slope.
Hydrological Processes, 21 (10), 1354-1362. https://doi.org/10.1002/
hyp.6315
Ingelmo, F., Cuadrado, S., Ibañez, A. y Hernandez, J. (1994). Hydric properties of some Spanish soils in relation to their rock fragment
content: implications for runoff and vegetation. Catena, 23 (1-2),
73-85. https://doi.org/10.1016/0341-8162(94)90054-X
Instituto Geográfico Agustín Codazzi. (2005). Geomorfología aplicada a
levantamientos edafológicos y zonificación física de tierras. Instituto
Geográfico Agustín Codazzi.
Jean, J. S., Ai, K. F., Shih, K. y Hung, C. C. (2000). Stone cover and slope factors influencing hillside surface runoff and infiltration:
Laboratory investigation. Hydrological Processes, 14 (10), 18291849. https://doi.org/10.1002/1099-1085(200007)14:10<1829::AI
D-HYP66>3.0.CO;2-#
Jomaa, S., Barry, D. A., Brovelli, A., Heng, B. C. P., Sander, G. C., Parlange,
J. Y. y Rose, C. W. (2012). Rain splash soil erosion estimation in
the presence of rock fragments. Catena, 92, 38-48. https://doi.
org/10.1016/j.catena.2011.11.008
Jomaa, S., Barry, D. A., Heng, B. C. P., Brovelli, A., Sander, G. C. y Parlange,
J. Y. (2013). Effect of antecedent conditions and fixed rock
fragment coverage on soil erosion dynamics through multiple
rainfall events. Journal of Hydrology, 484, 115-127. https://doi.
org/10.1016/j.jhydrol.2013.01.021
Jury, W. A. y Bellantuoni, B. (1976). Heat and water movement under surface rocks in a field soil: II. Moisture effects. Soil Science Society of
America Journal, 40 (4), 509-513. https://doi.org/10.2136/sssaj1976.
03615995004000040018x
/ 108 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Kamann, P. J., Ritzi, R. W., Dominic, D. F. y Conrad, C. M. (2007). Porosity
and permeability in sediment mixtures. Ground Water, 45 (4),
429-438. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.2007.00313.x
Katra, I., Lavee, H. y Sarah, P. (2008). The effect of rock fragment size
and position on topsoil moisture on arid and semi-arid hillslopes.
Catena, 72 (1), 49-55. https://doi.org/10.1016/j.catena.2007.04.001
Kemper, W. D., Nicks, A. D. y Corey, A. T. (1994). Accumulation of water
in soils under gravel and sand mulches. Soil Science Society of
America Journal, 58 (1), 56-63. https://doi.org/10.2136/sssaj1994.
03615995005800010008x
Khaleel, R. y Relyea, J. F. (1997). Correcting laboratory-measured moisture retention data for gravels. Water Resources Research, 33 (8),
1875-1878. https://doi.org/10.1029/97WR01068
Khaleel, R. y Heller, P. R. (2003). On the hydraulic properties of coarse-textured sediments at intermediate water contents. Water Resources
Research, 39 (9), 1233-1237 https://doi.org/10.1029/2003WR002387
Khaleel, R. y Relyea, J. F. (2001). Variability of Gardner’s α for coarsetextured sediments. Water Resources Research, 37 (6), 1567-1575.
https://doi.org/10.1029/2000WR900398
Khetdan, C., Chittamart, N., Tawornpruek, S., Kongkaew, T., Onsamrarn,
W. y Garré, S. (2017, mar.). Influence of rock fragments on hydraulic
properties of Ultisols in Ratchaburi province, Thailand. Geoderma
Regional, 10, 21-28. https://doi.org/10.1016/j.geodrs.2017.04.001
Klik, A., Schürz, C., Strohmeier, S., Demelash Melaku, N., Ziadat, F.,
Schwen, A. y Zucca, C. (2018). Impact of stone bunds on temporal
and spatial variability of soil physical properties: A field study
from northern Ethiopia. Land Degradation and Development,
29 (3), 585-595. https://doi.org/10.1002/ldr.2893
/ 109 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Klute, A. y Dirksen, C. (1986). Hydraulic conductivity and diffusivity:
laboratory methods. En A. Klute (ed.), Methods of Soil Analysis (p.
1, Physical and Mineralogical Methods. SSSA Book Ser. 5.1., pp.
68-734). Soil Science Society of America. https://doi.org/10.2136/
sssabookser5.1.2ed.c28
Koon, J. L., Hendrick, J. G. y Hermanson, R. E. (1970). Some effects of surface cover geometry on infiltration rate. Water Resources Research,
6 (1), 246-253. https://doi.org/10.1029/WR006i001p00246
Lai, X., Zhu, Q., Zhou, Z. y Liao, K. (2018, ago.). Rock fragment and
spatial variation of soil hydraulic parameters are necessary
on soil water simulation on the stony-soil hillslope. Journal of
Hydrology, 565, 354-364. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.
jhydrol.2018.08.039
Lamb, J. y Chapman, J. E. (1943). Effect of surface stones on erosion, evaporation, soil temperature, and soil moisture. Agronomy Journal,
35 (7), 567-578. https://doi.org/10.2134/agronj1943.00021962003
500070003x
Lavee, H y Poesen, J. W. A. (1991). Overland flow generation and continuity on stone-covered soil surfaces. Hydrological Processes,
5 (4), 345-360. https://doi.org/10.1002/hyp.3360050403
Lavee, Hanoch, Poesen, J. y Yair, A. (1997). Evidence of high efficiency water-harvesting by ancient farmers in the Negev Desert,
Israel. Journal of Arid Environments, 35 (2), 341-348. https://doi.
org/10.1006/jare.1996.0170
Li, X. Y., Contreras, S. y Solé-Benet, A. (2008). Unsaturated hydraulic conductivity in limestone dolines: Influence of vegetation and rock
fragments. Geoderma, 145 (3-4), 288-294. https://doi.org/10.1016/j.
geoderma.2008.03.018
/ 110 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Li, X. Y. (2003). Gravel-sand mulch for soil and water conservation in
the semiarid loess region of northwest China. Catena, 52 (2), 105127. https://doi.org/10.1016/S0341-8162(02)00181-9
Liu, D. y She, D. (2017). Can rock fragment cover maintain soil and water for saline-sodic soil slopes under coastal reclamation? Catena,
151, 213-224. https://doi.org/10.1016/j.catena.2016.12.020
Lv, J., Luo, H. y Xie, Y. (2019, ago.). Effects of rock fragment content, size
and cover on soil erosion dynamics of spoil heaps through multiple rainfall events. Catena, 172, 179-189. https://doi.org/10.1016/j.
catena.2018.08.024
Ma, D. y Shao, M. (2008). Simulating infiltration into stony soils with a
dual-porosity model. European Journal of Soil Science, 59 (5), 950959. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.2008.01055.x
Ma, DongHao, Shao, M., Zhang, J. y Wang, Q. (2010). Validation of an
analytical method for determining soil hydraulic properties of
stony soils using experimental data. Geoderma, 159 (3-4), 262269. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2010.08.001
Mace, A., Rudolph, D. L. y Kachanoski, R. G. (1998). Suitability of Parametric
models to describe the hydraulic properties of an unsaturated
coarse sand and gravel. Ground Water, 36 (3), 465-475. https://doi.
org/10.1111/j.1745-6584.1998.tb02818.x
Mandal, U. K., Rao, K. V., Mishra, P. K., Vittal, K. P. R., Sharma, K. L., Narsimlu,
B. y Venkanna, K. (2005). Soil infiltration, runoff and sediment
yield from a shallow soil with varied stone cover and intensity of
rain. European Journal of Soil Science, 56(4), 435-443. https://doi.
org/10.1111/j.1365-2389.2004.00687.x
Mayor, Á. G., Bautista, S. y Bellot, J. (2009). Factors and interactions controlling infiltration, runoff, and soil loss at the microscale in a patchy
/ 111 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Mediterranean semiarid landscape. Earth Surface Processes and
Landforms, 34 (12), 1702-1711. https://doi.org/10.1002/esp.1875
Mehuys, G. R., Stolzy, L. H., Letey, J. y Weeks, L. V. (1975). Effect of stones on the hydraulic conductivity of relatively dry desert soils.
Soil Science Society of America Journal, 39 (1), 37-42. https://doi.
org/10.2136/sssaj1975.03615995003900010013x
Mi, M., Shao, M. y Liu, B. (2016). Effect of rock fragments content on
water consumption, biomass and water-use efficiency of plants
under different water conditions. Ecological Engineering, 94, 574582. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2016.06.044
Milczarek, M., Rice, R. C., Trevino, M. y van Zyl, D. (2016). Saturated and
unsaturated hydraulic properties characterization at mine facilities: are we doing it right? En R. I. Barnhisel (ed.), 7th International
Conference on Acid Rock Drainage (icard) (pp. 26-30). http://www.
gsanalysis.com/publications/Milczarek_Rice_vanZyl_2005.pdf
Miller, F. T. y Guthrie, R. L. (1984). Classification and distribution of soils
containing rock fragments in the United States. En J. D. Nichols,
P. L. Brown y W. J. Grant (eds.), Erosion and poductivity of soils
containing rock fragments (pp. 1-6).
sssa
Special Publication 13.
https://doi.org/10.2136/sssaspecpub13.c1
Miller, R. B., Heeren, D. M., Fox, G. A., Halihan, T., Storm, D. E. y
Mittelstet, A. R. (2014). The hydraulic conductivity structure
of gravel-dominated vadose zones within alluvial floodplains.
Journal of Hydrology, 513, 229-240. https://doi.org/10.1016/j.
jhydrol.2014.03.046
Minasny, B. y Hartemink, A. E. (2011). Predicting soil properties in the
tropics. Earth-Science Reviews, 106 (1-2), 52-62. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2011.01.005
/ 112 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Minasny, B. y McBratney, A. B. (2003). Integral energy as a measure
of soil-water availability. Plant and Soil, 249, 253-262. https://doi.
org/10.1023/A:1022825732324
Minasny, B., McBratney, A. B. y Bristow, K. L. (1999). Comparison of
different approaches to the development of pedotransfer functions for water-retention curves. Geoderma, 93 (3-4), 225-253.
https://doi.org/10.1016/S0016-7061(99)00061-0
Montagne, C., Ruddell, J. y Ferguson, H. (1992). Water retention of soft
siltstone fragments in a Ustic Torriorthent, Central Montana.
Soil Science Society of America Journal, 56 (2), 555-557. https://doi.
org/10.2136/sssaj1992.03615995005600020033x
Moretti, L. M. y Morrás, H. J. M. (2018). Líneas de piedra en suelos del
noreste argentino. Origen e implicancias. En P. Imbellone y C.
Álvarez (eds.), Compactaciones naturales y antrópicas en suelos argentinos (pp. 89-120). Asociación Argentina de la Ciencia del Suelo.
Nasri, B., Fouché, O. y Torri, D. (2015). Coupling published pedotransfer
functions for the estimation of bulk density and saturated hydraulic conductivity in stony soils. Catena, 131, 99-108. https://
doi.org/10.1016/j.catena.2015.03.018
Neave, M. y Rayburg, S. (2007). A field investigation into the effects of progressive rainfall-induced soil seal and crust development on runoff
and erosion rates: The impact of surface cover. Geomorphology,
87 (4), 378-390. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2006.10.007
Novák, V. y Kňava, K. (2012). The influence of stoniness and canopy
properties on soil water content distribution: Simulation of water
movement in forest stony soil. European Journal of Forest Research,
131 (6), 1727-1735. https://doi.org/10.1007/s10342-011-0589-y
Novák, V., Kňava, K. y Šimůnek, J. (2011). Determining the influence of
stones on hydraulic conductivity of saturated soils using numerical
/ 113 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
method. Geoderma, 161 (3-4), 177-181. https://doi.org/10.1016/j.
geoderma.2010.12.016
Oostwoud Wijdenes, D. J. y Poesen, J. (1999). The effect of soil moisture on the vertical movement of rock fragments by tillage. Soil
and Tillage Research, 49 (4), 301-312. https://doi.org/10.1016/
S0167-1987(98)00185-8
Oyonarte, C., Escoriza, I., Delgado, R., Pinto, V. y Delgado, G. (1998). Waterretention capacity in fine earth and gravel fractions of semiarid
Mediterranean Montane soils. Arid Soil Research and Rehabilitation, 12 (1), 29-45. https://doi.org/10.1080/15324989809381495
Pakparvar, M., Cornelis, W., Gabriels, D., Mansouri, Z. y Kowsar, S. A.
(2016). Enhancing modelled water content by dielectric permittivity in stony soils. Soil Research, 54 (3), 360-370. https://doi.
org/10.1071/SR15154
Parajuli, K. K., Sadeghi, M. y Jones, S. B. (2015, dic.). Rock content influence on soil hydraulic properties.
agu
Fall Meeting, 13-14.
https://doi.org/10.13140/RG.2.1.3272.0724
Parajuli, K., Sadeghi, M. y Jones, S. B. (2017, dic.). A binary mixing model for characterizing stony-soil water retention. Agricultural
and Forest Meteorology, 244-245, 1-8. https://doi.org/10.1016/j.
agrformet.2017.05.013
Parajuli, K., Sadeghi, M. y Jones, S. B. (2016). Stone content influence
on soil water retention. Resilience Emerging from Scarcity and
Abundance —sssa Annual Meeting, 3-5. https://doi.org/10.13140/
RG.2.2.28058.95685
Patil, N. G. y Singh, S. K. (2016). Pedotransfer functions for estimating
soil hydraulic properties: A review. Pedosphere, 26 (4), 417-430.
https://doi.org/10.1016/S1002-0160(15)60054-6
/ 114 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Peek, A. J. y Watson, J. D. D. (1979). Hydraulic conductivity and flow
in non-uniform soil. Workshop on Soil Physics and Field Heterogeneity, 31-39. csiro Division of Environmental Mechanics.
Pérez, F. L. (1998). Conservation of soil moisture by different stone covers on alpine talus slopes (Lassen, California). Catena, 33 (3-4),
155-177. https://doi.org/10.1016/S0341-8162(98)00091-5
Petersen, G. W., Cunningham, R. L. y Matelski, R. P. (1968). Moisture characteristics of Pennsylvania soils: II. Soil factors affecting moisture retention within a textural class —silt loam. Soil Science Society
of America Journal, 32 (6), 866-870. https://doi.org/10.2136/sssaj
1968.03615995003200060042x
Philip, J. R. (1957). The theory of infiltration. 1. The infiltration equation
and its solution. Soil Science, 85 (5), 345-358.
Pineda, M. C., Viloria, J., Martínez-Casasnovas, J. A., Valera, A., Lobo, D.,
Timm, L. C., Pires, L. F. y Gabriels, D. (2018). Predicting soil water
content at − 33 kPa by pedotransfer functions in stoniness soils in
northeast Venezuela. Environmental Monitoring and Assessment,
190 (3), 161. https://doi.org/10.1007/s10661-018-6528-3
Pla, I. (2010). Medición y evaluación de propiedades físicas de los suelos:
dificultades y errores más frecuentes. ii-Propiedades hidrológicas. Suelos Ecuatoriales, 40 (2), 94-127.
Poesen, J., Ingelmo‐Sanchez, F. y Mucher, H. (1990). The hydrological
response of soil surfaces to rainfall as affected by cover and
position of rock fragments in the top layer. Earth Surface
Processes and Landforms, 15 (7), 653-671. https://doi.org/10.1002/
esp.3290150707
Poesen, J. y Lavee, H. (1994). Rock fragments in top soils: significance
and processes. Catena, 23 (1-2), 1-28. https://doi.org/10.1016/
0341-8162(94)90050-7
/ 115 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Poesen, J. y Lavee, H. (1997). How efficient were ancient rainwater harvesting systems in the Negev Desert, Israel. Bull. Séanc. Acad. R.
Sci. Outre-Mer Meded. Zitt. K. Acad. Overzeese Wet., 43 (3), 405-419.
Poesen, J. (1986). Surface sealing as influenced by slope angle and
position of simulated stones in the top layer of loose sediments.
Earth Surface Processes and Landforms, 11 (1), 1-10. https://doi.
org/10.1002/esp.3290110103
Poesen, J. y Ingelmo-Sanchez, F. (1992). Runoff and sediment yield from
topsoils with different porosity as affected by rock fragment cover and position. Catena, 19 (5), 451-474. https://doi.org/10.1016/
0341-8162(92)90044-C
Ravina, I. y Magier, J. (1984). Hydraulic conductivity and water retention of clay soils containing coarse fragments. Soil Science
Society of America Journal, 48, 736-740. https://doi.org/10.2136/
sssaj1984.03615995004800040008x
Reinhart, K. G. (1961). The problem of stones in soil-moisture measurement. Soil Science Society of America Journal, 25 (4), 268-270.
https://doi.org/10.2136/sssaj1961.03615995002500040012x
Richards, L. A. (1931). Capillary conduction of liquids through porous
mediums. Journal of Applied Physics, 1, 318-333.
Rivers, E. D. y Shipp, R. F. (1972). Available water capacity of sandy and
gravelly North Dakota soils. Soil Science, 113 (2), 74-80. https://
doi.org/10.1097/00010694-197202000-00001
Rostagno, C. M. (1989, sep.). Infiltration and sediment production as
affected by soil surface conditions in a shrubland of Patagonia,
Argentina. Journal Of Range Management, 42, 5-8. https://doi.
org/10.2307/3899544
/ 116 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Rudolph, D. L., Kachanoski, R. G., Celia, M. A., LeBlanc, D. R. y Stevens, J.
H. (1996). Infiltration and solute transport experiments in unsaturated sand and gravel, Cape Cod, Massachusetts: Experimental
design and overview of results. Water Resources Research, 32 (3),
519-532. https://doi.org/10.1029/95WR02972
Russo, D. (1983). Leaching characteristics of a stony desert soil. Soil
Science Society of America Journal, 47 (3), 431-438. https://doi.
org/10.2136/sssaj1983.03615995004700030008x
Šály, R. (1978). Pôda základ lesnej produkcie. Príroda.
Sauer, T. J. y Logsdon, S. D. (2002). Hydraulic and physical properties of
stony soils in a small watershed. Soil Science Society of America
Journal, 66 (6), 1947-1956. https://doi.org/10.2136/sssaj2002.1947
Sauer, T. J., Moore, P. A., Coffey, K. P. y Rutledge, E. M. (1998). Characterizing
the surface properties of soils at varying landscape positions in
the Ozark highlands. Soil Science, 163 (11), 907-915. https://doi.
org/10.1097/00010694-199811000-00008
Saxton, K. E. y Rawls, W. J. (2006). Soil water characteristic estimates
by texture and organic matter for hydrologic solutions. Soil
Science Society of America Journal, 70 (5), 1569-1578. https://doi.
org/10.2136/sssaj2005.0117
Schaap, M. G., Leij, F. J. y van Genuchten, M. T. (2001). Rosetta : a computer program for estimating soil hydraulic parameters with hierarchical pedotransfer functions. Journal of Hydrology, 251 (3-4),
163-176. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(01)00466-8
Scheinost, A. C., Sinowski, W. y Auerswald, K. (1997). Regionalization of soil
water retention curves in a highly variable soilscape, I. Developing
a new pedotransfer function. Geoderma, 78 (3-4), 129-143. https://
doi.org/10.1016/S0016-7061(97)00046-3
/ 117 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Schulin, R., Wierenga, P. J., Flühler, H. y Leuenberger, J. (1987). Solute transport through a stony soil. Soil Science Society of America Journal, 51 (1),
36-42. https://doi.org/10.2136/sssaj1987.03615995005100010007x
Seeger, M. (2007). Uncertainty of factors determining runoff and erosion processes as quantified by rainfall simulations. Catena, 71 (1),
56-67. https://doi.org/10.1016/j.catena.2006.10.005
Shakoor, A. y Cook, B. D. (1990). The effect of stone content, size, and
shape on the engineering properties of a compacted silty clay.
Environmental & Engineering Geoscience, xxvii (2), 245-253. https://
doi.org/10.2113/gseegeosci.xxvii.2.245
Shengqiang, T. y Dongli, S. (2018). Synergistic effects of rock fragment cover and polyacrylamide application on erosion of
saline-sodic soils. Catena, 171, 154-165. https://doi.org/10.1016/j.
catena.2018.06.033
Shukla, M. (2013). Soil Physics: An Introduction. crc Press.
Simanton, J. R., Rawitz, E. y Shirley, E. D. (1984). Effects of rock fragments
on erosion of semiarid rangeland soils. En Erosion and poductivity of soils containing rock fragments, sssa Special Publication 13
(pp. 65-72). Soil Science Society America. https://doi.org/10.2136/
sssaspecpub13.c7
Simanton, J. R. y Renard, K. G. (1982). Seasonal change in infiltration
and erosion from usle plots in southeastern Arizona. Hydrology
and Water Resources in Arizona and the Southwest, 1 (1), 37-46.
http://hdl.handle.net/10150/301305
Smets, T., López-Vicente, M. y Poesen, J. (2011). Impact of subsurface
rock fragments on runoff and interrill soil loss from cultivated
soils. Earth Surface Processes and Landforms, 36 (14), 1929-1937.
https://doi.org/10.1002/esp.2220
/ 118 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Sohrt, J., Ries, F., Sauter, M. y Lange, J. (2014). Significance of preferential
flow at the rock soil interface in a semi-arid karst environment.
Catena, 123, 1-10. https://doi.org/10.1016/j.catena.2014.07.003
Stauffer, F. y Jussel, P. (1990). Spatial variability of unsaturated flow
parameters in fluvial gravel deposits. En K. Roth, W. A. Jury,
H. Flühler y J. C. Parker (eds.), Field-Scale Water and Solute
Flux in Soils (1.a ed., pp. 119-128). Birkhäuser Basel. https://doi.
org/10.1007/978-3-0348-9264-3_14
Tetegan, M., Korboulewsky, N., Bouthier, A., Samouëlian, A. y Cousin, I.
(2015). The role of pebbles in the water dynamics of a stony soil
cultivated with young poplars. Plant and Soil, 391 (1-2), 307-320.
https://doi.org/10.1007/s11104-015-2429-1
Tetegan, M., Nicoullaud, B., Baize, D., Bouthier, A. y Cousin, I. (2011). The
contribution of rock fragments to the available water content of
stony soils: Proposition of new pedotransfer functions. Geoderma,
165 (1), 40-49. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2011.07.001
Tetegan, M., Richer de Forges, A. C., Verbeque, B., Nicoullaud, B., Desbourdes, C., Bouthier, A., Arrouays, D. y Cousin, I. (2015). The effect
of soil stoniness on the estimation of water retention properties
of soils: A case study from central France. Catena, 129, 95-102.
https://doi.org/10.1016/j.catena.2015.03.008
Thoma, M. J., Barrash, W., Cardiff, M., Bradford, J. y Mead, J. (2014).
Estimating unsaturated hydraulic functions for coarse sediment
from a field-scale infiltration experiment. Vadose Zone Journal,
13 (3). https://doi.org/10.2136/vzj2013.05.0096
Torri, D., Poesen, J., Monaci, F. y Busoni, E. (1994). Rock fragment content and fine soil bulk density. Catena, 23 (1-2), 65-71. https://doi.
org/10.1016/0341-8162(94)90053-1
/ 119 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Tromble, J. M., Renard, K. G. y Thatcher, A. P. (1974). Infiltration for
three rangeland soil-vegetation complexes. Journal of Range
Management, 27 (4), 318-321.
Tromble, J. M. (1976). Semiarid rangeland treatment and surface runoff.
Journal of Range Management, 23 (3), 251-255.
Unger, P. W. (1971). Soil profile gravel layers: I. effect on water storage, distribution, and evaporation. Soil Science Society of America Journal, 35 (4),
631-634. https://doi.org/10.2136/sssaj1971.03615995003500040041x
Urbanek, E. y Shakesby, R. A. (2009). Impact of stone content on water
movement in water-repellent sand. European Journal of Soil
Science, 60 (3), 412-419. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.2009.
01128.x
Valentin, C. y Casenave, A. (1992). Infiltration into sealed soils as influenced by gravel cover. Soil Science Society of America Journal,
56 (6), 1667-1673. https://doi.org/10.2136/sssaj1992.0361599500
5600060002x
Valentin, C. (1994). Surface sealing as affected by various rock fragment
covers in West Africa. Catena, 23 (1-2), 87-97. https://doi.org/10.
1016/0341-8162(94)90055-8
Van Wesemael, B., Poesen, J., Kosmas, C. S., Danalatos, N. G. y Nachtergaele, J. (1996). Evaporation from cultivated soils containing rock
fragments. Journal of Hydrology, 182 (1-4), 65-82. https://doi.org/
10.1016/0022-1694(95)02931-1
Van Wesemael, Bas, Mulligan, M. y Poesen, J. (2000). Spatial patterns
of soil water balance on intensively cultivated hillslopes in a semi-arid environment: The impact of rock fragments and soil thickness. Hydrological Processes, 14 (10), 1811-1828. https://doi.org/1
0.1002/1099-1085(200007)14:10<1811::AID-HYP65>3.0.CO;2-D
/ 120 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Van Wesemael, Bas, Poesen, J. y de Figueiredo, T. (1995). Effects of rock
fragments on physical degradation of cultivated soils by rainfall. Soil and Tillage Research, 33 (3-4), 229-250. https://doi.org/
10.1016/0167-1987(94)00439-L
Van Wesemael, B., Poesen, J., De Figueiredo, T. y Govers, G. (1996). Surface roughness evolution of soils containing rock fragments. Earth Surface
Processes and Landforms, 21(5), 399-411. https://doi.org/10.1002/
(SICI)1096-9837(199605)21:5<399::AID-ESP567>3.0.CO;2-M
Veihmeyer, F. J. y Hendrickson, A. H. (1931). The moisture equivalent
as a measure of the field capacity of soils. Soil Science, 32 (3), 181194. https://doi.org/10.1097/00010694-193109000-00003
Verbist, K., Baetens, J., Cornelis, W. M., Gabriels, D., Torres, C. y Soto, G.
(2009). Hydraulic conductivity as influenced by stoniness in degraded drylands of Chile. Soil Science Society of America Journal,
73 (2), 471. https://doi.org/10.2136/sssaj2008.0066
Verbist, K. M. J., Cornelis, W. M., Torfs, S. y Gabriels, D. (2013). Comparing
methods to determine hydraulic conductivities on stony soils.
Soil Science Society of America Journal, 77 (1), 25-42. https://doi.
org/10.2136/sssaj2012.0025
Verbist, K., Torfs, S., Cornelis, W. M., Oyarzún, R., Soto, G. y Gabriels, D.
(2010). Comparison of single and double-ring infiltrometer methods on stony soils. Vadose Zone Journal, 9 (2), 462-475. https://
doi.org/10.2136/vzj2009.0058
Von Bennewitz, E. y Aladro, J. (2017). The effects of rainfall intensity
and rock fragment cover on soil hydrological responses in central Chile. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 17 (3), 781793. https://doi.org/10.4067/S0718-95162017000300017
Wang, H., Xiao, B., Wang, M. y Shao, M. (2013). Modeling the soil water
retention curves of soil-gravel mixtures with regression method
/ 121 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
on the loess plateau of China. PLoS One, 8 (3), 1-11. https://doi.
org/10.1371/journal.pone.0059475
Wang, T., Lin, L. y Tsai, Y. (2017). Effect of gravel content on saturated
hydraulic conductivity in sand. En Geotechnical Hazards from
Large Earthquakes and Heavy Rainfalls (pp. 163-169). Japón:
Springer. https://doi.org/10.1007/978-4-431-56205-4_15
Wang, X., Li, Z., Cai, C., Shi, Z., Xu, Q., Fu, Z. y Guo, Z. (2012). Effects of
rock fragment cover on hydrological response and soil loss from
Regosols in a semi-humid environment in South-West China.
Geomorphology, 151-152, 234-242. https://doi.org/10.1016/j.geo
morph.2012.02.008
Warrick, A. W. y Fennemore, G. G. (1995). Unsaturated water flow
around obstructions simulated by two-dimensional Rankine
bodies. Advances in Water Resources, 18 (6), 375-382. https://doi.
org/10.1016/0309-1708(95)00016-C
Wegehenkel, M., Wagner, A., Amoriello, T., Fleck, S., Meesenburg, H. y
Raspe, S. (2017). Impact of stoniness correction of soil hydraulic
parameters on water balance simulations of forest plots. Journal
of Plant Nutrition and Soil Science, 180 (1), 71-86. https://doi.
org/10.1002/jpln.201600244
Wilcox, B. P., Wood, M. K. y Tromble, J. M. (1988). Factors influencing
infiltrability of semiarid mountain slopes. Journal of Range
Management, 41 (3), 197-206. https://doi.org/10.2307/3899167
Yair, A. y Klein, M. (1973). The influence of surface properties on flow
and erosion processes on debris covered slopes in an arid area.
Catena, 1, 1-18. https://doi.org/10.1016/S0341-8162(73)80002-5
Yang, Y., Wang, Q. y Zhuang, J. (2013). Estimating hydraulic parameters
of stony soils on the basis of one-dimensional water absorption
properties. Acta Agriculturae Scandinavica, Section B —Soil &
/ 122 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Plant Science, 63 (4), 304-313. https://doi.org/10.1080/09064710.
2012.762424
Yuanjun, Z. y Ming’an, S. (2006). Estimating saturated hydraulic conduc-tivity of soil containing rock fragments with disc infiltrometer. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,
22 (11), 1-5.
Zavala, L. y Jordán, A. (2008). Effect of rock fragment cover on interrill
soil erosion from bare soils in Western Andalusia, Spain. Soil
Use and Management, 24 (1), 108-117. https://doi.org/10.1111/
j.1475-2743.2007.00139.x
Zavala, L. M., JordáN, A., Bellinfante, N. y Gil, J. (2010). Relationships
between rock fragment cover and soil hydrological response in
a Mediterranean environment. Soil Science and Plant Nutrition,
56 (1), 95-104. https://doi.org/10.1111/j.1747-0765.2009.00429.x
Zeng, C., Wang, Q. y Zhang, F. (2012). Evaluation of hydraulic parameters
obtained by different measurement methods for heterogeneous
gravel soil. Terrestrial, Atmospheric and Oceanic Sciences, 23 (5),
585-596. https://doi.org/10.3319/TAO.2012.05.22.03(WMH)
Zhang, W., Wei, C., Li, Y., Wang, G. y Xie, D. (2011). Effects of rock
fragments on infiltration and evaporation in hilly purple soils of
Sichuan Basin, China. Environmental Earth Sciences, 62 (8), 16551665. https://doi.org/10.1007/s12665-010-0650-z
Zhang, Y., Zhang, M., Niu, J., Li, H., Xiao, R., Zheng, H. y Bech, J. (2016).
Rock fragments and soil hydrological processes: Significance and
progress. Catena, 147, 153-166. https://doi.org/10.1016/j.catena.
2016.07.012
Zhongjie, S., Yanhui, W., Pengtao, Y., Lihong, X., Wei, X. y Hao,
G. (2008). Effect of rock fragments on the percolation and
/ 123 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
evaporation of forest soil in Liupan Mountains, China. Acta
Ecologica Sinica, 28 (12), 6090-6098. https://doi.org/10.1016/
S1872-2032(09)60014-7
Zhongjie, S. (2012). Effect of rock fragments on macropores and water
effluent in a forest soil in the stony mountains of the Loess
Plateau, China. African Journal of Biotechnology, 11 (39), 12201226. https://doi.org/10.5897/AJB12.1450
Zhou, B. B., Shao, M. A., Wang, Q. J. y Yang, T. (2011). Effects of different
rock fragment contents and sizes on solute transport in soil
columns. Vadose Zone Journal, 10 (1), 386-393. https://doi.org/10.
2136/vzj2009.0195
Zhou, B., Shao, M., Shao, H., Ming’an, S. y Hongbo, S. (2009). Effects of
rock fragments on water movement and solute transport in a
Loess Plateau soil. Comptes Rendus Geoscience, 341 (6), 462-472.
https://doi.org/10.1016/j.crte.2009.03.009
/ 124 /
SOBRE LOS AUTORES
Julián Leal Villamil
Candidato a doctor en Planificación y Manejo Ambiental de Cuencas
Hidrográficas de la Universidad del Tolima, becario doctoral mediante
convocatoria 755/2016 Colciencias. Magíster en Planificación y Manejo
Ambiental de Cuencas Hidrográficas, especialista en Formulación
y Desarrollo de Proyectos e ingeniero forestal de la Universidad del
Tolima. Ha sido reconocido en el ámbito nacional en varias oportunidades por su desempeño académico e investigativo; investigador
en grupos de investigación reconocidos por Colciencias como son el
Grupo Interdisciplinario de Investigación en Fruticultura Tropical
(Universidad del Tolima, Agrosavia), Grupo de Investigación en Ciencias
del Suelo (Gricis, Universidad del Tolima) y el Grupo de Investigación en
Cuencas Hidrográficas (Universidad del Tolima). También ha sido autor
de varios artículos en el campo del sensoramiento remoto, erosión de
suelos, deslizamientos y cuencas hidrográficas en revistas científicas
nacionales e internacionales; a su vez, ha sido ponente en varios congresos internacionales y par evaluador para diversas publicaciones
científicas de orden nacional. Correo electrónico: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5100-2693
Cvlac:https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001388227
/ 125 /
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Edgar Alvaro Avila Pedraza
Doctor y magíster en Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional de
Colombia, agrólogo de la Universidad Jorge Tadeo Lozano de Bogotá.
Actualmente, es profesor asociado de la Universidad del Tolima, adscrito al Departamento de Suelos y Aguas de la Facultad de Ingeniería
Agronómica e investigador en el Grupo Interdisciplinario de Investigación
en Fruticultura Tropical (Universidad del Tolima, Agrosavia). Trabajó por
más de una década para el Instituto Geográfico Agustín Codazzi (igac) en
diversos cargos técnicos y administrativos; ha sido consultor para proyectos nacionales e internacionales en el ámbito de los suelos y ha sido
docente en este mismo campo en universidades como la Universidad
Nacional de Colombia y la Universidad Distrital Francisco José de
Caldas. Autor de múltiples artículos científicos en el área de la edafología y el manejo de suelos. Correo electrónico: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7944-7037
Cvlac:http://scienti.colciencias.gov.co:8081/cvlac/visualizador/
generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001387684
Deyanira Lobo Luján
Doctora en Ciencia del Suelo (ucv), magíster Scientiarum en Ciencia del
Suelo (ucv) e ingeniera agrónoma. Actualmente, es docente e investigadora de la Universidad Central de Venezuela en las áreas de Física de
Suelos, Manejo y Conservación de Suelos y Evaluación de Tierras. Ha sido
reconocida por su trayectoria investigativa en el ámbito internacional:
Senior Associate of the Abdus Salam International Centre for Theoretical
Physics en el 2003 y el 2011; Orden José María Vargas, en el 2009 y el
2015; miembro honorario de la Sociedad Venezolana de la Ciencia del
Suelo, desde el 2011; miembro honorario de la Sociedad Colombiana de
la Ciencia del Suelo, desde el 2019, entre otros reconocimientos. Ha sido
profesora invitada en múltiples universidades internacionales. En su
/ 126 /
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
trayectoria académica ha dirigido y ha asesorado numerosos trabajos
de investigación y tesis conducentes a títulos de pregrado, maestría y
doctorado en el ámbito de la Ciencia del Suelo. Ha sido coordinadora
y coinvestigadora de numerosos proyectos de investigación. Autora de
más de cien publicaciones arbitradas en revistas nacionales e internacionales. Correo electrónico: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0444-6080
Cvlac: https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000027691
Yelena Hernández Atencia
Candidata a doctor en Planificación y Manejo Ambiental de Cuencas
Hidrográficas de la Universidad del Tolima, magíster en Planificación y
Manejo Ambiental de Cuencas Hidrográficas, especialista en Docencia
Universitaria e ingeniera civil de profesión. Actualmente, es profesora
asociada e investigadora de la Universidad Cooperativa de Colombia,
coordinadora de investigación del programa de Ingeniería Civil y líder
del grupo de investigación Agua y Desarrollo Sostenible en Ingeniería
Civil (Aqua). Se ha desempeñado como docente y administrativa en
varias universidades del país como son la Universidad del Tolima,
Universidad de Ibagué y unad. Ha llevado a cabo varios trabajos investigativos en el campo de la gestión del riesgo, específicamente gestión
del riesgo por movimientos de remoción en masa y por inundación y
ha participado como asesora y supervisora de varios proyectos relacionados a esta área. Directora de múltiples trabajos de grado en pregrado,
especialización y maestría en la Universidad Cooperativa de Colombia.
Correo electrónico: [email protected]
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-7063-3159
Cvlac:http://scienti.colciencias.gov.co:8081/cvlac/visualizador/
generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000583529
/ 127 /
I
/ 128 /
x
x
x
Bagarello y Iovino (2007).
Beckers et al. (2016)
Baetens et al. (2009).
x
x
x
x
x
Arias et al. (2019).
x
Al-Qinna et al. (2014).
x
Kq
x
x
Al-Qinna et al. (2008).
Ks
Al-Yahyai et al. (2006).
x
x
x
i
Agassi y Levy (1991).
Adams (1966).
Abrahams y Parsons (1991).
Autor
CRAS
Granito.
Esferas de vidrio.
Cuarcita.
6-86
0-60
2-60
40
51
2-47
Grava caliza.
Esquisto.
CFR
(%)
Grava caliza.
asbesto.
Cemento de
Grava.
MPFR
1-2
0,5-6,5
2-6
≥ 0,2
≥ 0,2
1-5
0,63-1,27
≥ 0,5
TFR (cm)
En capas.
Al azar.
DFR
x
x
x
A
x
B
x
C
PFR
x
x
x
x
x
x
x
D
Irregular.
Subangular.
Subredondeada.
Cuadrada.
FFR
25-50
100
10-85
CobFR
(%)
Anexo 1. Investigaciones realizadas referentes a la influencia de los fragmentos
de roca sobre la infiltración y propiedades hidráulicas de los suelos
ANEXOS
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
/ 129 /
x
x
x
x
Conrad et al. (2008).
x
Clothier et al. (1977).
Chow et al. (1992).
x
Chen et al. (2012).
Chow y Rees (1995).
x
x
Chapuis (2004).
Chamizo et al. (2012).
x
x
x
x
x
x
Cerdá (2001).
Calvo-Cases et al. (2003).
Buchter et al. (1995).
Brouwer y Anderson
(2000).
Brakensiek et al. (1986).
Box (1981).
x
I
x
x
x
i
x
Ks
Bouwer y Rice (1984).
Kq
x
CRAS
Boateng et al. (2013).
Autor
Esferas de vidrio.
Arena cuarcítica.
Dolomita.
Caliza.
Grava calcárea.
Grava ferrosa.
Pizarra.
Cantos rodados.
Granito.
Granodiorita.
Arenisca.
Filita.
Depósitos
coluviales.
MPFR
0-50
20-60
0-25
0-38,7
≥ 0,2
77,682,9
0,2-7,6
1-7,6
0,5-25
≥ 0,2
≥ 0,2
0,6-2
0,2-7,5
≥ 0,6
14,8-20
0,2-25
TFR (cm)
6,7-27
20-40
0-70
CFR
(%)
Al azar
Al azar.
En capas.
DFR
x
x
x
x
x
x
x
A
x
x
B
x
x
C
PFR
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
D
Esférica.
Angular..
Redondo.
FFR
0-55
4,5-21,7
0,1-1,5
50,2696,57
2,5-89,6
CobFR
(%)
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
/ 130 /
Fennemore y Warrick
(1997).
Epstein y Grant (1966).
Dunn y Mehuys (1984).
De Figueiredo y Poesen
(1998).
Dann et al. (2009).
Danalatos et al. (1995).
Dadkhah y Gifford (1980).
Cousin et al. (2003).
Corey y Kemper (1968).
Coppola et al. (2011).
Coppola et al. (2013).
Autor
I
x
x
x
i
x
Kq
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Ks
x
CRAS
x
Depósitos de
glaciar.
Caliza.
Esferas de vidrio.
Caliza
dolomítica.
Arenisca
calcárea.
Grava aluvial.
Caliza.
Grava.
20,47
0,45-
0-20
68-73
21,956,9
50-60
14-24
10-50
Fragmentos
calcáreos.
Roca calcarenita.
CFR
(%)
MPFR
≥ 0,63
0,2-3,2
2-9,6
≥ 0,2
0,2-25
5-10
≥ 0,2
0,5-4
TFR (cm)
Semicontinua.
DFR
x
x
x
x
A
x
x
B
x
x
C
PFR
x
x
x
x
x
D
Esférica angular.
Regular.
Cuadrada.
Circular.
FFR
31,08
3,22-
0-66
0-17,9
0-20
CobFR
(%)
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
/ 131 /
x
x
Hlaváčiková y Novák
(2014a).
x
x
x
x
x
x
Hlaváčiková et al. (2014).
Herrick et al. (2010).
Gutierrez y Vallejo (2013).
Guo et al. (2010).
x
x
Grant y Struchtemeyer
(1959).
x
x
Grath et al. (2015).
x
Gong et al. (2018).
Gordillo-Rivero et al. (2014).
x
I
Flint y Childs (1984).
i
x
Ks
Fleming et al. (1993).
Kq
x
CRAS
Fies et al. (2002).
Autor
0-40
3,555,7
Basalto oliviníco.
Basalto
andesítico.
Granito basalto
metasedimentos.
Sedimentos
aluviales pumita.
Grava.
Esferas de vidrio.
Grava.
Grava.
Grava.
10-80
Fragmentos de
vidrio.
0-50
0-65
40,9
14,6-
0-21
0,2-0,8
70,4592,48
10
≥ 0,2
≥ 0,2
0,36-1,59
7,6-18,4
≥ 0,238
1,9-5,2
≥ 0,2
0,2-50
0,2-0,6
TFR (cm)
0-50,1
0-40
CFR
(%)
MPFR
En capas.
Al azar.
DFR
x
x
x
x
A
x
B
x
C
PFR
x
x
x
x
x
x
x
x
x
D
Esférica.
Regular
Angular.
FFR
40,9
16,2-
0-20,8
0-100
CobFR
(%)
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
/ 132 /
x
x
Hung et al. (2007).
x
Jomaa et al. (2012).
Katra et al. (2008).
Kamann et al. (2007).
Jury y Bellantuoni (1976).
Jomaa et al. (2013).
x
Jean et al. (2000).
Ingelmo et al. (1994).
x
Hlaváčiková et al. (2018).
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Hlaváčiková et al. (2015).
Hlaváčiková et al. (2016).
x
x
i
x
I
x
Ks
Hlaváčiková et al. (2016).
Kq
x
CRAS
Hlaváčiková y Novák
(2014b).
Autor
Esferas de vidrio.
Grava.
Esquisto.
Arenisca.
Marga.
Caliza.
Cuarcita.
Granito.
Espuma de
polietileno.
Grava.
Esferas de vidrio.
MPFR
25-75
7,5-48
17,14
0-65
20-70
0-48,5
0-50
0-30
CFR
(%)
5-10
10
10-25
5-7
8,8-17,6
0,2-25
4-10
≥ 0,2
≥ 0,2
4-10
0,2-1
TFR (cm)
Al azar.
Filas.
Al azar.
Al azar.
Irregular.
DFR
x
x
x
x
x
A
x
B
x
C
PFR
x
x
x
x
x
x
x
x
D
Esférica.
Plana.
Subangular.
Redondeada.
Rectangular.
Esférica,
triangular,
elipsoidal.
Esférica.
FFR
40
20-40
0-30
CobFR
(%)
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
/ 133 /
x
Lamb y Chapman (1943).
x
x
Lavee et al. (1997).
Li (2003).
Li et al. (2008).
x
Lavee y Poesen (1991).
Lai et al. (2018).
x
Koon et al. (1970).
Klik et al. (2018).
x
x
x
x
x
x
x
x
Khetdan et al. (2017).
x
x
Khaleel y Relyea (1997)
x
x
x
Khaleel y Relyea (2001)
I
x
i
x
Ks
Khaleel y Heller (2003).
Kq
x
CRAS
Kemper et al. (1994).
Autor
Depósitos
fluviales.
Cuarcita.
Arenisca.
Granito.
Gneis.
Basalto.
Cuarcita.
50-78
32-78
0-100
0-80
20-71
≥ 0,2
0,5-4,0
≥ 0,2
3-22,3
≥0,2
0,2-1
≥ 0,2
≥ 0,2
≥ 0,2
0-71
Basalto.
Cuarcita.
Granito.
Gneis.
TFR (cm)
0,4-1
CFR
(%)
Grava roja.
Grava gris.
MPFR
Al azar.
Simétrica.
Al azar.
Al azar.
DFR
x
x
x
x
x
x
x
x
A
x
x
x
x
B
x
x
x
x
C
PFR
x
x
x
x
x
D
Cuadrada.
Rectangular.
FFR
100
11567
30-88
0-100
40-80
5-22
100
CobFR
(%)
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
x
Liu y She (2017).
x
Ma et al. (2010).
/ 134 /
x
Mayor et al. (2009).
Kq
x
x
Montagne et al. (1992).
Nasri et al. (2015).
x
x
x
Minasny et al. (1999).
Miller et al. (2014).
x
x
x
x
x
x
x
Milczarek et al. (2016).
x
x
x
x
x
x
x
Ks
x
CRAS
Mi et al. (2016).
Mehuys et al. (1975).
x
x
i
Mandal et al. (2005).
Mace et al. (1998).
x
Ma y Shao (2008).
Lv et al. (2019).
I
Autor
Caliza
sublitográfica.
Portlandian.
Limolita.
Grava esquistosa.
Concreciones de
calcio.
Caliza.
Grava
feldespática.
Grava cuarcítica.
calcio.
Concreciones de
Concreciones de
calcio.
Roca ígnea.
MPFR
0-80
0-50
23,5
4,8-
5,569,3
0-35
0-60
20-60
CFR
(%)
1,5-4,5
≥ 0,2
0,025-1,60
≥ 0,475
≥ 0,2
≥ 0,2
2-8
2-10
1-2
2-3
1-10
2-6
TFR (cm)
Al azar.
Triangular.
DFR
x
x
A
x
x
x
B
x
x
C
PFR
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
D
Irregular.
Esférica.
Esférica.
FFR
26-60
3,5-64,7
0-80
CobFR
(%)
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
/ 135 /
x
x
Parajuli et al. (2016).
Parajuli et al. (2017).
x
x
Parajuli et al. (2015).
Peek y Watson (1979).
x
x
Oyonarte et al. (1998).
Pakparvar et al. (2016).
x
x
CRAS
Oostwoud y Poesen (1999).
x
i
Novák et al. (2011).
Ks
x
x
Neave y Rayburg (2007).
Kq
Novák y Kňava (2012).
I
Autor
Pumita.
Dolomita.
Arenisca.
Caliza.
Pumita.
Caliza.
Pumita.
Dolomita.
Arenisca.
0-100
0-100
0-100
0-52,8
12-42
Filita.
Caliza.
Caliza de Marly.
Dolomita.
Arenisca.
Caliza.
0-58
31,4.
7,1-
0-39
CFR
(%)
Sedimentos de
cuarcita aluvial.
Granito.
MPFR
≥ 0,2
≥ 0,2
1,2-4
5-20
0,2-25,4
TFR (cm)
En capas.
Al azar.
DFR
x
A
B
x
C
PFR
x
x
x
x
x
x
x
x
x
D
Esférica.
Redonda.
Cilíndrica.
Esférica.
Esférica.
FFR
0-14
CobFR
(%)
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
/ 136 /
x
x
Russo (1983).
Sauer y Logsdon (2002).
x
Rudolph et al. (1996).
Rostagno (1989).
x
x
x
x
x
x
x
x
Reinhart (1961).
x
x
Rivers y Shipp (1972).
Ravina y Magier (1984)
x
x
Poesen et al. (1990).
x
Poesen y Lavee (1997).
Poesen y Ingelmo-Sánchez
(1992).
Poesen (1986).
x
I
Pineda et al. (2018).
i
x
Ks
Petersen et al. (1968).
Kq
x
CRAS
Pérez (1998).
Autor
Esquisto.
Grava.
Cuarzo.
Caliza kárstica.
Caliza.
Caliza.
Esferas de vidrio.
MPFR
≥ 0,2
≥ 0,2
40,968,5.
≥ 0,2
≥ 0,2
≥ 0,2
2-5
3,3-10
3,3-10
≥ 0,2
1,66
56,170,2
24-64
0-65
31,99
0,17-
≥ 0,2
≥ 0,2
13,724,3
0-100
TFR (cm)
CFR
(%)
Al azar.
Al azar.
DFR
x
x
x
x
x
x
A
x
x
x
B
x
C
PFR
x
x
x
x
x
x
x
x
D
Angular.
Redonda.
Subredonda.
Angular.
Subangular.
Angular.
FFR
3-60
20-83
0-83
9-31
12
CobFR
(%)
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
i
I
/ 137 /
x
x
Smets et al. (2011).
Stauffer y Jussel (1990).
x
Simanton et al. (1984).
x
x
Simanton y Renard (1982).
Sohrt et al. (2014).
x
x
Shakoor y Cook (1990).
Shengqiang y Dongli (2018).
x
Seeger (2007).
x
x
x
x
Ks
Schulin et al. (1987).
x
Kq
x
x
CRAS
Scheinost et al. (1997).
Sauer et al. (1998).
Autor
x
x
x
B
x
C
x
x
x
x
x
D
x
≥ 0,2
Filas y
columnas.
x
A
PFR
Grava gris.
Grava café.
Grava bimodal.
Grava Open
Framework.
2-4
0,2-0,5
≥ 0,2
5
0,2-1,87
DFR
x
10-70
55
0,2-6,3
≥ 0,2
0,342,6
6-10
TFR (cm)
CFR
(%)
Caliza.
Fragmentos
calcáreos.
Cuarzodiorita.
Caliza.
aluviales.
Grava.
Sedimentos
Esquisto.
MPFR
Redonda.
Subangular.
Angular.
Redonda.
FFR
50
60
0-100
10,7-75
0-30
0-80
CobFR
(%)
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
/ 138 /
x
Van Wesemael et al. (1995).
Van Wesemael et al. (1996).
x
x
Pedernal.
Cuarcita.
0-77
0-53
1,7-7,7
1,7-2,7
≥ 0,2
0,2-15
34-45
x
0,2-2,5
2-5
≥ 0,2
≥ 0,2
0,2-19
x
0-65
50-70
Valentin y Casenave (1992).
Pizarra
Grava.
Grava.
Sedimentos
aluviales.
2-5
0,4-5
TFR (cm)
Van Wesemael et al. (2000).
x
x
x
0-40
0-35
CFR
(%)
0,2-25
x
x
Caliza.
Cuarzo.
Pedernal.
Caliza.
Pedernal.
Tiza.
Caliza.
Esquisto.
Arenisca.
MPFR
x
x
Valentin (1994).
x
Unger (1971).
x
Tromble (1976).
x
Urbanek y Shakesby (2009).
x
Tromble et al. (1974).
Thoma et al. (2014).
x
I
Tetegan et al. (2015b).
i
x
Ks
Tetegan et al. (2015a).
Kq
x
CRAS
Tetegan et al. (2011).
Autor
Semejante
al terreno.
En capas.
DFR
x
x
x
x
x
x
x
A
x
x
x
B
x
x
x
C
PFR
x
x
x
x
x
x
x
x
x
D
Redonda.
Redonda.
FFR
30-50
15-100
3-55
CobFR
(%)
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
/ 139 /
x
Yair y Klein (1973).
Yuanjun y Ming’an (2006)
Yang et al. (2013).
x
x
x
Wilcox et al. (1988).
Wegehenkel et al. (2017).
Warrick y Fennemore
(1995).
Wang et al. (2013).
Wang et al. (2012).
Wang et al. (2017).
Von Bennewitz y Aladro
(2017).
Verbist et al. (2010).
x
I
x
x
x
x
x
x
x
x
x
i
Verbist et al. (2009).
Ks
x
Kq
Verbist et al. (2013).
Autor
CRAS
x
x
x
Esquisto.
Sedimentos
aluviales.
Andesita.
MPFR
0-50
0-50
5-90
0-100
0-50
14,155,2.
≥ 0,2
14,155,2
0,2-7,5
0,5-5
0,28-0,61
≥ 0,2
≥ 0,2
0,2-1
3-4
0,31-0,33
0,3-0,4
≥ 0,2
0,2-7,5
TFR (cm)
CFR
(%)
Al azar.
DFR
x
x
x
x
A
B
C
PFR
x
x
x
x
x
x
x
x
x
D
Angular.
Esférica.
Elipsoidal
hojuelas.
Bloque.
Irregular.
Irregular.
FFR
0-40
0-70
CobFR
(%)
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
/ 140 /
x
Zhou et al. (2009).
x
x
x
CRAS
de cuarcita.
Conglomerados
Lutolita.
Esquisto.
Caliza.
Arenisca.
Lutolita.
MPFR
0- 60
0-60
1-3
0,2-5
≥ 0,2
≥ 0,2
0,6436,92
0-37
≥ 0,2
≥ 0,2
10-30
0-54,2
2-10
5,360,7
0,2-10
TFR (cm)
CFR
(%)
DFR
x
x
A
B
C
PFR
x
x
x
x
x
x
D
Esférica.
Irregular
redondeada.
Irregular.
FFR
0-76,8
3.7-75
CobFR
(%)
Fuente: elaboración propia.
suelo); ffr: forma de los fragmentos de roca; CobFR: cobertura superficial de fragmentos de roca.
Abreviaturas: I: infiltración acumulada; i: tasa de infiltración; Kq: conductividad hidráulica no saturada del suelo; Ks: conductividad hidráulica
saturada del suelo; cras: capacidad de retención de agua en el suelo; mpfr: material parental de los fragmentos de roca; cfr: contenido de fragmentos de roca; tfr: tamaño de los fragmentos de roca; dfr: distribución de los fragmentos de roca; pfr: posición de los fragmentos de roca
(A: sobre la superficie; B; parcialmente embebidos en el horizonte superficial; C: embebidos en el horizonte superficial; D: dentro del perfil del
x
Zhou et al. (2011).
x
x
x
Zhongjie (2012).
Zhongjie et al. (2008).
x
x
Zhang et al. (2011).
Ks
x
Kq
Zeng et al. (2012).
x
Zavala et al. (2010).
I
x
i
Zavala y Jordán (2008).
Autor
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
/ 141 /
0,12 +2,28 (2D – L) AT
100
AC
x (NP)
Liu & She (2017).
i=
ic = 50,334 – 5,319 ln(RC – 20,000)
i_c=59,646- 5,727 ln(RC – 11,771)
Dadkhah y Gifford (1980)
Koon et al. (1970)
ic: tasa de infiltración base (mm h-1).
rc: cobertura de fr (%).
i = b0 + b1 G + b2 R + b3 GR + b4 G2
+ b5 R2 + b6 G2 R + b7 GR2
+ b8 G2 R2
P: perímetro individual de las partículas (in).
at: área total (in2).
N: número de partículas en la cobertura del suelo.
L: ancho de la cobertura de la partícula (in).
ac: área cubierta (in2).
D: distancia desde el centro de las partículas de la cubierta al centro del
espacio entre las partículas de la cobertura (in).
i: tasa de infiltración (min-1).
i: tasa de infiltración en un intervalo específico (cm h-1).
b0: intercepto.
b1 – b8: coeficientes de regresión.
G: cobertura de pasturas (%).
R: cobertura de fr (%).
i = –140,8 + 0,7(G) + 3,1(CO3)
+ 37,8(OM)
Al-Qinna et al. (2008).
Descripción
i: tasa de infiltración (mm h-1).
G: contenido de fr en peso o volumen (kg kg-1 – m3 m-3).
CO3: contenido de carbonatos (%).
om: contenido de materia orgánica (%).
Infiltración
Ecuación
Autor
Anexo 2. Funciones de pedotransferencia para la estimación de la infiltración
y las propiedades hidráulicas en suelos con fragmentos de roca
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
/ 142 /
Kb =
eb
Ks
es
Kr = (1 – Rw) x (Ks)
Bagarello y Iovino (2007).
Bouwer y Rice (1984)
Ksat = 33,7 + 1,3 (G)
(d – VP)
Ki = [(Ks s) + (Kb b)
[irn + (irx – irn) exp–Di]
Descripción
Ki: coeficiente de infiltración (%).
Ks: coeficiente de infiltración de los fr libres en la superficie del suelo (%).
Kb: coeficiente de infiltración del suelo desnudo (%).
s: fr libres en la superficie del suelo (%).
b: suelo desnudo (%).
S1: fr finos y medianos (2-20 mm) (%).
S2: fr gruesos (21-75 mm) (%).
S3: cantidad de cantos en el suelo (76-250 mm) (%).
α, β, λ: Parámetros de la regresión.
ir: tasa de infiltración del suelo cubierto de fr (mm h-1).
irn: ir mínima (mm h-1).
irx: ir máxima (mm h-1).
Di: función del área de infiltración efectiva.
Kb: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr.
Ks: conductividad hidráulica saturada de la fracción arenosa (matriz del
suelo).
eb: relación aparente de vacío entre los fr y la matriz arenosa.
es: relación de vacío de las partículas de arena.
Kr: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr.
Ks: conductividad hidráulica saturada de la matriz del suelo.
Rw: contenido gravimétrico de fr (kg kg-1).
G: contenido de fr (%).
Ksat: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr.
Conductividad hidráulica
Ki = [(α S1) + β(S2+S3) + γ (b)]
IR =
irn irx
Ecuación
Al-Qinna et al. (2008).
Valentin (1994).
Valentin y Casenave (1992).
Autor
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
/ 143 /
Novák et al. (2011).
W dx dy dz
2 (1 – Rv)
Kr =
x (Ks)
(2 + Rv)
Vs
∫
K bs = (1 – aRv) * K sf
WAVG = VS
1
Kr = ( WAVG ) x (Ks)
1
Kr = 0,7082 exp 0,0687R
0,7825
Novák et al. (2011).
(1997).
Fennemore y Warrick
Chen et al. (2012).
(1 + exp)
(d10 * exp3
2
Ksat = 1,43 + 0,55 (G)
Cerdá (2001)
Kr = 2,4622
Kr = (1 – Rw) x (Ks)
Brakensiek et al. (1986).
Chapuis (2004).
Ecuación
Autor
Kr: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr.
Ks: conductividad hidráulica saturada de la matriz del suelo.
Rv: contenido volumétrico de fr (m3 m-3).
∞: parámetro empírico.
Rv: contenido volumétrico de fr (cm3 cm-3).
a: coeficiente de resistividad.
K sf : conductividad hidráulica saturada de la matriz del suelo.
K bs : conductividad hidráulica saturada del suelo con fr (cm h-1).
Kr: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr.
Ks: conductividad hidráulica saturada de la matriz del suelo.
WAVG : promedio de retención de agua del sistema suelo-fr.
Vs: volumen de suelo excluyendo fr y asumiéndolo a una unidad de celda
de la rejilla.
R: contenido volumétrico de fr (%).
Kr: conductividad hidráulica cercana a saturación del suelo con fr (mm
min-1).
d = diámetro de las partículas entre (0,1-3 mm)
Kr: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr.
(cm seg-1)
Ksat: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr.
G: cobertura de fr (%).
Kr: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr.
Ks: conductividad hidráulica saturada de la matriz del suelo.
Rw: contenido gravimétrico de fr (kg kg-1).
Descripción
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
/ 144 /
Zhongjie (2012).
Saxton y Rawls (2006).
Kr =
1 + Rv
(1 – Rv)
Ecuación
x (Ks)
x (Ks)
Kr0-10: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr entre 0 y 10 cm
∞: densidad mátrica del suelo / densidad de la grava (2,65).
Ks: conductividad hidráulica saturada de la matriz del suelo (mm h-1).
Rw: fracción de peso de la grava (decimal) (g g-1).
Kr: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr (mm h-1).
Kr: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr.
Ks: conductividad hidráulica saturada de la matriz del suelo.
Rv: contenido volumétrico de fr (m3 m-3).
Kr: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr.
Ks: conductividad hidráulica saturada de la matriz del suelo.
Rv: contenido volumétrico de fr (m3 m-3).
Kr: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr.
Ks: conductividad hidráulica saturada de la matriz del suelo.
Rv: contenido volumétrico de fr (m3 m-3).
Descripción
de profundidad (ml s-1).
Kr10-20: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr entre y 20 cm
Kr10-20: = –0,0023(Rv)2 +0,0855(Rv)–0,1074 de profundidad (ml s-1).
Kr20-40: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr entre 20 y 40
Kr20-40: = –0,0026(Rv)2 + 0,0706(Rv)+0,112 cm de profundidad (ml s-1).
Kr40-60: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr entre 40 y 60
Kr40-60: = –0,0004(Rv)2 + 0,0234(Rv)+0,0854 cm de profundidad (ml s-1).
Kr60-80: Ksat conductividad hidráulica saturada del suelo con fr entre 60 y
Kr60-80: = 0,0013(Rv)2-0,0294(Rv)+0,2795
80 cm de profundidad (ml s-1).
Rv: contenido volumétrico de fr (%).
x (Ks)
Kr0-10: = –0,0028(Rv)2 +0,0777(Rv)+0,4227
(1 – Rw)
[(1 – Rw) * (1 – (3α/2)]
Kr = (1 – Rv) x (Ks)
Kr =
Peek y Watson (1979).
Ravina y Magier (1984).
Kr =
Peek y Watson (1979).
Autor
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
/ 145 /
Bouwer y Rice (1984).
Arias et al. (2019).
Yuanjun y Ming’an (2006)-
Zhongjie et al. (2008).
Autor
cm de profundidad (mm m-1).
Kr100-120: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr entre 100 y
120 cm de profundidad (mm m-1).
Rv: contenido volumétrico de fr (%).
Kr80-100 = 0,4989 e 0,0501(Rv)
Kr100-120 = 0,3832 e 0,0793(Rv)
= θr,fe +
m
b
f
θ = (1 – Rv) x (W )
{1+ [α (1+(2bVr))|h|] }^
n
Wb: contenido volumétrico de agua en la mezcla de suelo y fr.
Wf: contenido volumétrico de agua en la matriz del suelo.
Rv: contenido volumétrico de fr (m3 m-3).
b: parámetro adimensional.
θs, fe: contenido de agua de la fracción de tierra fina bajo saturación (L3 L-3).
θr, fe: agua residual de la fracción de tierra fina (L3 L-3).
Capacidad de retención de agua
[θs,fe (1 – bVr) – θr,fe]
θb (h)
Ksat: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr (cm m-1).
Rw: contenido gravimétrico de fr (kg kg-1).
cm de profundidad (mm m-1).
Kr80-100: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr entre 80 y 100
Kr60-80 = 0,8962 e 0,0411(Rv)
Ksat = 0,1125 exp (–2,42 Rw)
cm de profundidad (mm m-1).
Kr60-80: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr entre 60 y 80
cm de profundidad (mm m-1).
Kr40-60: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr entre 40 y 60
Kr0-10: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr entre 0 y 10 cm
de profundidad (mm m-1).
Kr10-20: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr entre 10 y 20
cm de profundidad (mm m-1).
Kr20-40: conductividad hidráulica saturada del suelo con fr entre 20 y 40
Descripción
Kr40-60 = 0,7929 e 0,0733(Rv)
Kr20-40 = –0,0155(Rv)2+0,6297(Rv)+2,8113
Kr10-20 = –0,2124(Rv)2+0,7318(Rv)+1,2291
Kr0-10 = –0,0384(Rv)2+1,0442(Rv)+4,5349
Ecuación
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
Flint y Childs (1984).
Autor
Ecuación
/ 146 /
AWC = – 0,199 – 0,098(P>2)
– 21,773(BDt)
+ 22,266(BD<2)
+ 0,211(Rv)
– 0,164(OM)
– 0,207(SA) + 31.894
FC = 0,414(CL) + 0,007(P>2)
– 38,611(BDt)
+ 39,645(BD<2)
+ 0,651(Rv)
+ 0,064(OM)
– 0,173(SA) + 29,411
FC = 0,288(SA) + 0,153(P>2)
FC = 0,264(CL) + 0,302(P>2)
+11,077(BDt)
– 0,179(Rv) – 0,188(SA)
+14,941
WP = 0,405(CL) + 0,2022(P>2) – 0,480
WP = 0,452(CL) + 0,192(P>2)
- 6,158(BDt)
+ 8,52(BD<2)
+ 0,037(Rv)
+ 0,040(OM)
+0,038(SA) – 4,824
porcentaje gravimétrico de arcillas en la matriz del suelo (<2 mm) (%).
densidad aparente de la matriz del suelo (Mg m-3).
bd<2:
sa:
porcentaje gravimétrico de materia orgánica en la matriz del suelo (%).
porcentaje gravimétrico de arena en la matriz del suelo (<2 mm) (%).
om:
Rv: contenido volumétrico de rf.
densidad aparente del suelo con fr (Mg m-3).
bdt:
P>2: porosidad de los fr.
cl:
contenido volumétrico de agua disponible (%).
contenido volumétrico de agua en capacidad de campo (%).
contenido volumétrico de agua en temporada baja (%).
cad:
fc:
wp:
Descripción
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Oyonarte et al. (1998).
θs=0,374 + 0,006(CL) + 0,026(OM)
– 0,009(S) + 0,003(DB)
– 0,225(RFC)
Lai et al. (2018).
WS = WFS + WR
Total muestras
WFS33 = 32.3269 – 0.2476(Ts)
+ 2.6427(OC)
WFS1500 = 15,1723 – 0,1606(Ts)
+ 1,8050(OC)
Total muestras
WR33 = 38,1891 – 13,0909(BDG)
WR1500 = 22,7313 – 7,7342(BDG)
Filita
WR33 = 2,6550 + 1,5665 (Fed)
WR1500 = 2,0114 + 0,1210 (Fds)
Caliza Marly
WR33 = 29,4861 – 10,5589(BDG)
+ 0,2540(Phy)
WR1500 = 22,8517 – 8,1579(BDG)
+0,1171(Phy)
Caliza
WR33 = 41,9512 – 14,3790(BDG)
WR1500 = 18,2639 – 5,2886(BDG)
Ecuación
Autor
Descripción
/ 147 /
densidad aparente (Mg m-3).
Phy: filosilicatos (%).
Fds: feldespatos (%).
Fed: hjierro extraíble (%).
bdg:
Ts: total de arena del suelo (%).
WR1500: retención de agua en los fr a -1,500 kPa (%).
WR33: retención de agua en los fr a -33 kPa (%).
WFS1500: retención de agua de las partículas finas del suelo (< 2 mm) a –
1,500 kPa (%).
WFS33: retención de agua de las partículas finas del suelo (< 2 mm) a – 33
kPa (%).
WS: retención de agua de la mezcla de suelo y fr (%).
Ws: contenido volumétrico de agua a capacidad de campo (%).
cl: contenido de arcillas (%).
om: contenido de materia orgánica (%).
S: contenido de arena (%).
db: profundidad hasta el lecho rocoso (cm).
rfc: contenido gravimétrico de fr (kg kg-1).
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
/ 148 /
Scheinost et al. (1997).
Reinhart (1961).
Petersen et al. (1968).
Pineda et al. (2018).
Autor
n m
θ = Wr + (Ws-Wr) * [1 + (α * φ) ]
100 – SP
)
100
[W1/3 – W15](BD)(FMP)
100
S=A (
WAtbs =
– (0,02 × RFV)
SWC = 0,809 – (0,4 ×Bd)
– (0,37 × SOC)
– (0,01 × sand)
Ecuación
contenido gravimétrico de agua en el suelo (kg kg-1).
Volumen de fr (%).
contenido de fr (%).
n, m: coeficientes de regresión.
α, φ : parámetros de forma.
θr : contenido de agua residual (15,000 hPa) (m m-3).
θS : contenido de agua a saturación (m m-3).
θ: retención de agua del suelo (m m-3).
sp:
A: contenido de humedad de la matriz del suelo (%).
S: contenido de humedad de la mezcla de suelo y fr (%).
porcentaje de material de la matriz del suelo (< 2 mm).
densidad aparente.
fmp:
bd:
W15: contenido de agua de la matriz del suelo a 15 atm (%).
W1/3: contenido de agua de la matriz del suelo a 1/3 atm (%).
suelo (%).
WAtbs: porcentaje del volumen de humedad disponible en el total del
rfv:
contenido de arena del suelo (%).
carbono orgánico del suelo (g kg-1).
sand:
soc:
Bd: densidad aparente del suelo (Mg m-3).
swc:
Descripción
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Wang et al. (2013).
Tetegan et al. (2011).
Autor
/ 149 /
Modelo para fr de caliza
W– 100 = – 39,56 * ln(d) + 38,91
W– 15,840 = – 16,48 * ln(d) + 17,02
W– 100 = – 47,71 * ln(d) + 43,38
W– 15,840 = – 40,76 * ln(d) + 37,21
W– 15,840 = – 17,37 * ln(d) + 16,49
Modelo para fr de esquisto
Modelos para fr de tiza
W– 100 = – 46,09 * ln(d) + 44,69
W– 100 = – 49,30 * ln(d) + 45,38
W– 15,840 = – 24,87 * ln(d) + 24,14
W– 15,840 = – 29,21 * ln(d) + 28,17
Modelo para fr de arenisca
Modelo para todo tipo de material
W– 100 = – 47,07 * ln(d) + 44,65
W– 15,840 = – 22,10 * ln(d) + 21,55
Modelo para fr de pedernal
W– 100 = – 41,35 * ln(d) + 39,26
Ecuación
θ bs : contenido de agua con saturación en la mezcla de suelo y fr (cm cm-3).
θ sf : contenido de agua con saturación en la matriz del suelo (cm cm-3).
θ rs : contenido de agua a saturación de los fr (cm cm-3).
Mr: contenido gravimétrico de fr (g g-1).
Pb: densidad aparente de la mezcla de suelo y fr (g cm-3).
Pf: densidad aparente de la matriz del suelo (g cm-3).
Pr: densidad aparente de los fr (g cm-3).
d: densidad aparente de la mezcla de suelo y fr (g cm-3).
W-15,480: contenido de agua de la mezcla de suelo y fr a -15,480 hPa (g 100g-1).
W-100: contenido de agua de la mezcla de suelo y fr a -100 hPa (g 100g-1).
Descripción
Julián Leal Villamil, Edgar Alvaro Avila Pedraza, Deyanira Lobo Luján, Yelena Hernández Atencia
θ =5,2688(Rv) + 72,457
Zhongjie et al. (2008).
/ 150 /
BDm = BDs + (BDR – BDs) Rv
BDm = BDm0 (1 – 1,67 * Rw3,39)
BDm = 1500(1 – 0.85 * Rw1.93)
Flint y Childs (1984).
Torri et al. (1994).
Van Wesemael et al. (2000).
BDm: densidad aparente de la mezcla de suelo y fr.
Rw: contenido gravimétrico de fr (kg kg-1)
BDm: densidad aparente de la mezcla de suelo y fr.
BDm0: densidad aparente de la matriz del suelo.
Rw: contenido gravimétrico de fr (%).
BDm: densidad aparente de la mezcla de suelo y fr (Mg m-3).
BDs: densidad aparente de la matriz del suelo (Mg m-3).
BDR: densidad aparente de los fr (Mg m-3).
Rv: contenido volumétrico de fr.
P: porosidad del suelo (%).
CO3: contenido de carbonatos del suelo (%).
om: contenido de materia orgánica (%).
G: contenido de fr (%).
Fuente: elaboración propia.
P = 36,9 + 0,2 (CO3) + 4(OM) – 0,1(G)
Al-Qinna et al. (2008).
Descripción
W: capacidad efectiva de retención de agua del suelo (mm).
Rv: contenido volumétrico de fr (%).
Densidad aparente y porosidad del suelo
Ecuación
Autor
Los fragmentos de roca. Origen e influencia en la infiltración y propiedades
hidráulicas de los suelos
Este libro se terminó de imprimir y encuadernar
en Shopdesign S.A.S., en septiembre de 2021.
Fue publicado por Ediciones Universidad
Cooperativa de Colombia.
Se emplearon las familias tipográficas Aleo y
Rockwell Std, y se imprimió en papel Bond Beige
de 70 gramos.