LAS PROPIEDADES FISICAS DEL SUELO ESTRUCTURA, DENSIDAD REAL, DENSIDAD APARENTE, POROSIDAD Y ESPACIO AEREO 1. Introducción Continuando con el examen de algunas de las propiedades físicas más importantes del suelo, nos vamos a ocupar en esta práctica de aquellas propiedades que se originan como consecuencia del acomodo o arreglo de los diversos materiales sólidos en el suelo, determinando así el espacio que va a ser ocupado por el aire y el agua.

Los objetivos de esta práctica son los siguientes: - Mostrar los principales tipos de estructura del suelo. - Determinar en el laboratorio: densidad real y densidad aparente del suelo. - Calcular, a partir de los datos obtenidos de densidad real y aparente, la porosidad del suelo 0% de espacios porosos y el espacio aéreo.

2. Conceptos básicos 2.1. Estructura 2.1.1. Definición: Es el arreglo o disposición de las partículas del suelo en grados de varias formas y tamaños.

2.1.2. Características: La estructura del suelo es determinado en base a tres características: 2.1.2.1. Tipo y forma: Se refiere a la forma y disposición como se encuentran los agregados. Entre los tipos primarios de estructura podemos distinguir: -

Granular: De forma esferoidal relativamente no porosa.

-

Migajosa: De forma esferoidal muy porosa.

-

Laminar:

Las

partículas

se

hallan

generalmente alrededor de un plano horizontal.

dispuestas

-

Prismática: Las partículas se hallan ordenadas alrededor de un eje vertical. Caras verticales relativamente lisas y bien definidas.

-

Columnar: Similar a la forma anterior pero los extremos superiores son redondos.

-

Bloques angulares o cúbicas: De forma cúbica (igual tamaño en las 3 dimensiones), de vértices angulares y de caras achatadas y lisas.

-

Bloques sub-angulares: Similar a la anterior, pero los vértices son redondeados.

2.1.2.2. Tamaño o clase Tamaño o

Diámetro

Espesor

Diámetro

Altura de

clase

gránulos

láminas

bloques

prismas

Muy fino

˂ 1mm

˂ 1mm

˂ 5mm.

˂10 mm

Fino

1-2 mm

1-2 mm

5-10 mm

10-20 mm

Medio

2-5 mm

2-5 mm

10-20 mm

20-50 mm

Grueso

5-10 mm

5-10 mm

20-50 mm

50-100 mm

Muy grueso

˃ 10 mm

˃ 10 mm

˃ 50 mm

˃ 100 mm

2.1.2.3. Grado o claridad: Se refiere al grado de agregación y expresa la diferencia entre la cohesión dentro de los agregados y adhesión entre ellos. -

Sin

estructura:

No

hay

agregación

o

arreglo

ordenadamente definido. Puede distinguirse: o Masiva: Masa de suelos coherente, compacta. o De grano simple: Masa no coherente, de partículas sueltas. - Débil: Agregados escasamente visibles y cuando se disturba la muestra, pocos agregados pueden observarse. - Moderado: Agregados fácilmente observados pero no prominentes. Cuando se disturba la muestra, muchos agregados enteros son visibles y pocos en estados de no agregación.

- Fuerte: Agregados prominentes y visibles. Cuando se disturba la muestra, la mayoría son agregados enteros.

2.2. Diagrama esquemático de los componentes físicos del suelo

2.3. Densidad real Se le denomina también densidad de particulas o densidad de los sólidos. Es una relación de la masa de suelo seco a la estufa (105°C) por la unidad de volumen de los sólidos del suelo. (

)

Donde: ds = Densidad real. Ms = Masa de los sólidos o masa de suelo seco a la estufa (105°C) en gr. Vs = Volumen de los sólidos en cm3. La densidad de partículas tiene un valor promedio de 2.65gr/cm3 para la mayoría se suelos minerales. Tabla de densidad de componentes comunes del suelo (Baver 1956, Robinson 1960). Cuarzo

2.6 a 2.7

Olivino

3.20 a 3.50

Ortoclasa

2.54 a 2.57

Muscovita

2.75 a 3.10

Albita

2.605

Biotita

2.80 a 3.20

Oligoclasa

2.65

Hematita (Fe2O3)

4.90 a 5.30

Labradorita

2.68 a 2.71

Limonita

3.40 a 4.00

Anortita

2. 765

Fe (OH)3

3.73

Apatita

3.16 a 3.22

caolinita

2.50

Magnetita

4.90 a 5.20

Humus

1.37

Materia orgánica

1.20 a 1.70

Anfíboles y 2.90 a 3.60

Pyroxenos Calcita

2.70

Podemos apreciar que el valor promedio de la densidad de partículas dependerá de la cantidad de cada componente en el suelo. El método más común para medir la densidad de partículas del suelo es el que usa la botella de densidad o picnómetro. Como líquido de desplazamiento se puede usar agua u otro disolvente orgánico. Tener cuidado en eliminar completamente el aire del suelo. 2.4. Gravedad específica real: Es la relación entre la masa por unidad de volumen de los sólidos del suelo comparada a la masa de un volumen de agua destilada a 4°C.

2.5. Densidad aparente: Se le denomina también densidad de volumen. Es la relación de la masa de suelo seco a la estufa (105°C) por la unidad de volumen total del suelo.

Donde: da = Densidad aparente. Ms = Masa de los sólidos o masa de suelo seco a la estufa (105°C) en gr. VT = Volumen total del suelo en cm3. La siguiente tabla da valores promedios de densidad aparente y % de porosidad. Estos valores son muy generales y se presentan con el fin de ilustrar en forma cualitativa el grado en que estos factores varían con la textura del suelo, aun cuando otros factores tales como la estructura, contenido de materia orgánica, contenido de humedad, etc., tienen marcada influencia sobre estos. CLASE TEXTUAL

DENSIDAD

% DE POROSIDAD

APARENTE Arenoso

1.9–1.7gr/cm3

28-33

Franco arenoso

1.7–1.5gr/cm3

33-42

Franco limoso

1.5–1.3gr/cm3

42-51

Arcillosos

1.3 –1.1gr/cm3

51-59

Es muy importante disponer del valor de la densidad aparente por sus múltiples aplicaciones, como por ejemplo: - Para transformar los porcentajes de humedad de un suelo en términos de lámina de agua en el suelo. - Para calcular el porcentaje de porosidad y espacio aéreo conociendo la densidad de particulas. - Para estimar el estado de compactación del suelo. - Para estimar el peso de la capa arable del suelo. El método de determinación consiste en extraer muestras de suelo no disturbado por medio de un cilindro de metal de volumen conocido (V T); luego se secan las muestras de suelo en la estufa por 24 horas a 105°C y por último se pesan para obtener la masa de suelo a la estufa (VS). 2.6. Gravedad específica aparente: Es la relación entre la masa de suelo seco a la estufa por unidad de volumen total del suelo comparada a la masa de un volumen igual de agua destilada 4°C.

2.7. Porosidad o espacio poroso.- Es el espacio de los poros en el suelo, que puede estar ocupado por el aire o el agua en proporciones variables. Es una razón, que no tiene dimensiones y se expresa generalmente en porcentajes (por volumen).

El valor de porosidad es importante en las relaciones de humedad y aire; pero el tamaño de los poros, que es difícil de determinar, es también muy importante, debido a que la proporción del movimiento de agua a través del suelo depende del tamaño de los poros (macroporos o microporos). La textura tiene fuerte influencia en la porosidad pero no como la estructura que afecta el tamaño y la porosidad total. La textura es esencialmente poco cambiable para un suelo dado, dentro de un período de tiempo igual a la generación del hombre, pero la estructura es influenciada por las labranzas, cultivos y otros factores; por consiguiente afectaría las relaciones de espacio poroso y humedad.

2.8. Espacio poroso (aéreo): Es el espacio de los poros en el suelo, que no está ocupado por el agua, en consecuencia su ecuación será:

(

(

)

)

El valor del espacio aéreo nos da una idea más directa de la aireación del suelo. A veces esta cifra determina el nivel de la humedad de capacidad de campo.

DETERMINANCION DE LA DENSIDAD APARENTE Y DENSIDAD REAL Método de la probeta. 1. Materiales -

3 Probetas de 100ml.

-

1 Suelo con agregados.

-

1 Suelo problema.

-

1 Suelo arena.

-

1 Tampón de jebe.

-

1 Vagueta de vidrio.

-

1 Lápiz cera para marcar vidrio.

-

3 Piezas papel para pesar.

-

1 Balanza con aproximación a 0.1gr.

2. Procedimiento 1. Pese 50 gr. de muestra de cada uno de los 3 suelos (use papel de pesar y este seguro de compensar la tara del papel). Identifique las muestras y anote el peso del suelo en la línea 1. 2. Marca cada una de las probetas para su identificación y coloque las muestras de suelo en sus respectivos cilindros. 3. Deje caer la probeta sobre el tampón de goma por 10 veces desde una altura de 5 cm. Anote el volumen final de cada una de las muestras en la hoja de datos, línea 2. 4. Llene la línea 3 de la hoja de datos asumiendo que 1 ml. de agua pesa 1 gramo. 5. Calcule la densidad aparente y la gravedad específica aparente de cada una de las muestras y anote sus resultados en las líneas 4 y 5. 6. Vacié las muestras sobre cada una de las piezas de papel. Tenga cuidado para evitar pérdidas. 7. Llene cada una de las probetas exactamente con 50 ml. de agua. Anote este dato en la línea 6. 8. Agregue cuidadosamente cada suelo a su respectiva probeta. Agite bien la

mezcla

durante

la

adición

con

la

bagueta,

para

expulsar

completamente el aire. Tanto como sea posible rompa los agregados individuales del suelo. 9. Después que la muestra esté libre de burbujas de aire y vaya sedimentando, lea el volumen combinado del suelo y el agua anote en la línea 7 de la hoja de datos. 10. Determine la suma de los volúmenes separados: del suelo y el agua, anote en la línea 8. Observe que esta suma no es igual al actual volumen de la mezcla suelo más agua (línea 7). En la mezcla el agua está ocupando los espacios porosos que antes los ocupaba el aire. 11. La diferencia entre la suma de los 2 volúmenes (línea 8) y la medida del volumen actual de la mezcla (línea 7) es una medida del espacio poroso total, (línea 9). Esto es línea 8 menos línea 7 es la cantidad de aire desplazado y esto es el aire que llenaba los espacios porosos cuando el suelo estaba seco. 12. El volumen de los sólidos del suelo puede ser calculado sustrayendo el espacio poroso total del volumen del suelo seco original (línea 2 menos línea 9). Anote en la línea 10. 13. Usted conoce ahora cual es el peso de las partículas del suelo (el cual es el mismo con o sin espacios porosos), y el volumen de las partículas sólidas del suelo. Calcule la densidad de partículas y la gravedad específica real. 14. Calcule el porcentaje de porosidad de cada una de las muestras. Esto se hace simplemente dividiendo el volumen del espacio poroso entre el volumen total del suelo seco y multiplicando por 100 para expresar en porciento

.

HOJA DE DATOS N° 1

Densidad real

Suelo con

Y Densidad aparente

Suelo

Suelo

problema con Agregados

Agregados

Arena (3)

(1) 1. Peso del suelo 2. Volumen

suelo

inc.

Espacio poroso. 3. Peso de un volumen igual de agua. 4. Densidad aparente (1:2) 5. Gr. específica aparente (1:3)

Densidad dela partículas y gravedad específica

6. Volumen del agua 7. Volumen

de la mezcla

del suelo y agua. 8. Suma de volúmenes (6 + 2). 9. Volumen

de espacios

porosos (8:7). 10. Volumen

de solidos

suelo (2:9) 11. Densidad de partículas o D. real 12. Gravedad real.

específica

destruido (2)

Espacios porosos u porosidad 13. Por ciento de porosidad 14. Por ciento porosidad por seg. método por fórmula datos met. Picnómetro. 15. Densidad

real

(met.

Picnómetro).

DETERMINACIÓN

DE

LA

DENSIDAD

DE

LAS

PARTÍCULAS

O

DENSIDAD REAL (Método del picnómetro)

MATERIALES:

-

Muestras de suelo.

-

3 fiolas de 200 ml.

-

Balanza.

-

Vagueta de vidrio.

PROCEDIMIENTO:

1. Numere, pese y anote el peso de los tres picnómetros (fiolas) en la tabla 2. Este seguro que los picnómetros (fiolas) estén completamente secas. 2. Pesar el picnómetro lleno de agua destilada hasta la marca. Vaciar el agua destilada, coloque 5 gramos de cada una de las tres muestras de

suelo proveídos en sus respectivos picnómetros, 20 grs. De suelo se utiliza las fiolas de 200 ml. 3. Llene los picnómetros (fiolas) hasta la mitad de su volumen y agítelo suavemente para expulsar completamente el aire que se encuentra atrapado en el suelo. 4. Luego, cuidadosamente llenar el picnómetro (la fiola) con agua hasta la marca calibrada. Agitar suavemente con la Vagueta de vidrio para remover todas las burbujas de aire y pesar. Estar seguro que la parte externa del picnómetro (de la fiola) esté limpia y seca. 5. Anote los datos en la tablas 2 y completarla. Use la fórmula siguiente:

dg = densidad del agua. Ps = peso del picnómetro (fiola) con suelo. Pa = peso del picnómetro (fiola) con aire. Pag = peso del picnómetro (fiola) lleno de agua. Pags = peso del picnómetro (fiola) con agua y suelo.

Hoja de datos N° 2

N°

de Peso

del Peso de la Peso de la Peso

muestra picnómetro

fiola suelo fiola agua = picnómetro

o de la fiola = Ps con aire = Pa

Pag

Peso agua

Gravedad

despla. Pag

espe. real.

suelo agua Ps—Pa

Dr (sólido)

= Pags

Dr (agua)

Pags (3+21+4)

REFERENCIA BIBLIOGRAFICA  Villachica L.H, Felipe M.C, Bazán T.R. 1972. Las propiedades físicas del suelo. En: Manual de laboratorio de edafología. Pp. 38 – 49.