PRACTICA: PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO

Objetivo: Determinar las propiedades físicas del suelo como son: estructura, textura, densidad, humedad, porosidad y color del suelo.

FUNDAMENTOS: Muestreo de suelos para el análisis físico. Objetivos del análisis. Normalmente se realizan análisis físicos para evaluar los regímenes de agua y de aire, el espacio arraigable y algunos aspectos relacionados con el régimen de elementos nutritivos. Es un complemento para la evaluación de los análisis químico-nutritivos. De ellos se derivan en conjunto con otra información- medidas de manejo del suelo y silvicultural. Determinaciones: Entre estos tipos de análisis son comunes las determinaciones de densidad aparente, volumen total de poros, distribución de poros (gruesos, medios, finos, capacidad de agua aprovechable, etc.), textura, tamaño y estabilidad de los agregados, etc. Tipo de muestra: Para la determinación de la textura, lo normal es la obtención de muestras de suelo disturbado, es decir, sin conservar la estructura natural del suelo. Se procede de manera similar a la descrita para las muestras de análisis químico-nutritivo, pero separando muestras según los horizontes del perfil de suelo. Para la determinación de porosidad, densidad aparente y agregados, se toman muestras de suelo inalterado, es decir, conservando la estructura natural del suelo. Estas muestras se obtienen, normalmente, con cilindros de una capacidad de 100 - 300 cm3. Distribución de las muestras: Se debe sectorizar como se indicó anteriormente en el muestreo para análisis químico del suelo. Sin embargo, en este caso puede ser particularmente útil o necesario muestrear también áreas especiales por su alteración, como vías de maderero, canchas de acopio, lugares transitados por máquinas o animales, etc. Profundidad de las muestras La profundidad de las muestras depende del objetivo. Normalmente se extraen muestras en varias profundidades del suelo. En general, son recomendables las siguientes profundidades como mínimo: - Superficial, aproximadamente de 0-20 cm. - Zona intermedia del perfil de suelo, aproximadamente de 20-50 cm. - Zona profunda del perfil, aproximadamente >50 cm. También es común tomar muestras aproximadamente en la parte media de cada tercio del perfil de suelo. Si en el perfil de suelo se detecta o se sospecha de la presencia de algún horizonte con limitaciones físicas, como por ejemplo un pie de arado, también se toman muestras en tal horizonte. Idealmente se muestrea cada horizonte del perfil de suelo.

Número de muestras: Para obtener valores promedio y un conocimiento de la variabilidad de una unidad de suelo, se deben tomar por lo menos 3 cilindros (rango normal de 3-6) en cada estrato de profundidad deseado. Para el análisis de textura generalmente es suficiente con una muestra por horizonte. Profundidad de las muestras: La profundidad de las muestras depende del objetivo. Normalmente se extraen muestras en varias profundidades del suelo. En general, son recomendables las siguientes profundidades como mínimo: - Superficial, aproximadamente de 0-20 cm. - Zona intermedia del perfil de suelo, aproximadamente de 20-50 cm. - Zona profunda del perfil, aproximadamente >50 cm. Clases de texturas Los nombres de las clases de textura se utilizan para identificar grupos de suelos con mezclas parecidas de partículas minerales. Los suelos minerales pueden agruparse de manera general en tres clases estúrales que son: las arenas, las margas y las arcillas, y se utiliza una combinación de estos nombres para indicar los grados intermedios. Por ejemplo. Ø Los suelos arenosos contienen un 70 % o más de partículas de arena, Ø Los areno-limosos contiene de 15 a 30 % de limo y arcilla. Ø Los suelos arcillosos contienen más del 40 % de partículas de arcilla y pueden contener hasta 45 % de arena y hasta 40 % de limo, y se clasifican como arcillo-arenosos o arcillo-limosos. Ø Los suelos que contienen suficiente material coloidal para clasificarse como arcillosos, son por lo general compactos cuando están secos y pegajosos y plásticos cuando están húmedos. Ø Las texturas limosas constan de diversos grupos de partículas de arena, limo y arcilla y varían desde margo-arenoso hasta los margo-arcillosos. Sin embargo, aparentan tener proporciones aproximadamente iguales de cada fracción. Para determinar el tipo de suelo de acuerdo al porcentaje de sus componentes minerales, es decir, para hacer la clasificación de las texturas se utiliza el denominado Triángulo de textura de suelos, una vez que se ha determinado experimentalmente la proporción de las partículas constitutivas de un suelo.

Técnicas de determinación Ensayo al tacto El método de determinación de la textura mediante el ensayo al tacto plantea numerosas ventajas por su facilidad para llevarlo a cabo en campo o en laboratorio, así como por su rapidez. Sin embargo, es un método en el que se requiere experiencia práctica y que debe ser tenido en cuenta como complementario. Los distintos métodos de ensayo al tacto se basan en el comportamiento del material edáfico en estado seco o en húmedo, y en su grado de plasticidad o adherencia. De esta forma es posible diferenciar de una forma más o menos precisa entre diferentes tipos de texturas. Existen diversos métodos elaborados por varios autores. El método de Tames, modificado por Cobertera sigue los siguientes pasos: 1) Técnica operatoria. a. En primer lugar, se humedecen con agua destilada unos 25-30 g de muestra tamizada a 2 mm, hasta alcanzar el punto de adherencia, haciendo una masa por compresión. El punto de adherencia es aquel en el que el contenido de agua permite que la masa no se adhiera a la mano y pueda realizarse un corte neto con un cuchillo. b. Después se intentan formar filamentos de 3 mm de diámetro y unos 10 cm de longitud. c. Si esto se consigue, se intentan doblar estos filamentos hasta formar anillos sin que se resquebrajen o se rompan. d. Posteriormente, eliminando los granos de arena gruesa visibles, se forman filamentos de 1 mm de diámetro y 8 cm de longitud. e. Si se consigue el paso anterior, se comprueba si se pueden doblar ambos sin resquebrajarse. 2) Interpretación. La Tabla 1 muestra la interpretación de los resultados.

Tabla 1. Interpretación de la textura al tacto.

Técnica de sedimentación La sedimentación es el proceso por el cual, el material sólido transportado por una corriente de agua, se deposita en el fondo del río, embalse, canal artificial, o dispositivo construido especialmente para tal fin. Toda corriente de agua, caracterizada por su caudal, tirante de agua, velocidad y forma de la sección tiene una capacidad de transportar material sólido en suspensión. El cambio de alguna de estas características de la corriente puede hacer que: el material transportado se sedimente; o el material existente en el fondo o márgenes del cauce sean erosionadas. La sedimentación de sólidos en líquidos está gobernada por la ley de Stokes, que indica que las partículas sedimentan más fácilmente cuando mayor es su diámetro, su peso específico comparado con el del líquido, y cuando menor es la viscosidad del líquido. Por ello, cuando se quiere favorecer la sedimentación se trata de aumentar el diámetro de las partículas, haciendo que se agreguen unas a otras, proceso denominado coagulación y floculación. La sedimentación se refiere al proceso de precipitación de pequeñas partículas sólidas inmersas en un fluido de densidad ρ por acción Clasificación de los tipos de estructura De un modo simple, los tipos de estructura que existen en el suelo pueden clasificarse en función de la presencia de partículas coloidales en el suelo y su interacción con las partículas de fracciones más gruesas, tal y como se muestra en la Figura:

1) Si los coloides son escasos y predominan las fracciones más gruesas, sin capacidad de agregación, la estructura es particular de grano suelto. 2) Si la presencia de coloides es más elevada y se encuentran floculados, actúan como aglomerantes de las partículas más gruesas, formando grumos. En este tipo de estructura

grumosa, los agregados son relativamente porosos, favoreciendo la aireación y la permeabilidad del suelo. 3) Si la presencia de partículas coloidales es muy importante, la estructura se vuelve asfixiante, debido a la disminución del volumen de poros, lo que disminuye la aireación y el drenaje. En la estación seca, la estructura se vuelve masiva y, si existen arcillas hinchables, aparecen grietas de retracción. El grado de desarrollo de la estructura se describe según los siguientes criterios: 1) Sin estructura. a. Granos de arena sueltos, con muy poca presencia de partículas de las fracciones finas. b. El suelo forma una estructura continua, maciza. No muestra fisuras o superficies de debilidad. Los fragmentos se rompen según la dirección de la fuerza que se aplique. 2) Suelo estructurado, formando agregados. a. Grado de desarrollo débil. Las superficies de debilidad de los agregados están poco definidas. Cuando se separan los agregados siguiendo estas superficies de debilidad, cae abundante material suelto. b. Grado de desarrollo moderado. Los agregados están bien diferenciados y poseen una duración moderada. c. Grado de desarrollo fuerte. Los agregados están separados por superficies de debilidad bien definidas, de modo que cuando se separan no cae material suelto y vuelven a encajar entre sí perfectamente. Los agregados son duraderos y el nivel de organización es elevado.

Porcentaje de humedad (%Hº)

El porcentaje de humedad es igual a 100 x masa de agua entre la masa de suelo seco. La

capacidad de retención de agua está dada por la relación de la masa del suelo saturado con agua

entre la masa de la muestra de suelo seca.

La capacidad de campo se define como la cantidad de agua que un suelo retiene contra la

gravedad cuando se deja drenar libremente.

Porosidad

La porosidad, se expresa como el porcentaje del volumen del suelo ocupado por poros. O lo que es lo mismo, el porcentaje del volumen del suelo no ocupado por sólidos. Supóngase que en 10 cm3

de suelo existen 4,5 cm3 no ocupados por sólidos. La porosidad total de este suelo será 45 por ciento.

La porosidad total se determina directamente, en muestras de suelo imperturbadas, es decir tal como están en el campo, sin ninguna deformación que altere la ubicación de las partículas sólidas, y por lo tanto los espacios que dejan entre ellas. El procedimiento es el siguiente:

a) Determinar exactamente el volumen de las muestras. Esto se logra utilizando aparatos muestreadores que toman un volumen de suelo imperturbado conocido, estando el suelo en un contenido de humedad en el que las arcillas estén completamente expandidas. En general se emplean anillos o cilindros con filo en su parte inferior. La obtención de muestras es relativamente fácil cuando en el suelo no hay raíces ni piedras.

b) Se saturan las muestras totalmente de agua, es decir se llena completamente el espacio poroso con agua. Si no se hubieran tomado las muestras con los coloides totalmente expandidos, al saturarlas se podría producir expansión y por lo tanto cambio de volumen. De esta manera, si se toma como volumen de las muestras el que toma el aparato muestreador, se cometería un error.

c) Se determina el peso de la muestra saturada de agua.

d) Se seca la muestra en estufa a 105º C y se determina su peso seco.

e) Por diferencia entre el peso saturado y el peso seco, se conoce la cantidad de agua que ocupaba el espacio poroso de la muestra. Esta cantidad está expresada en unidades de peso, y suponiendo que la densidad del agua permanece incambiada igual a uno, un gramo de agua es igual a un cm3 de agua. Por lo tanto la diferencia entre los pesos saturado y seco de las muestras es igual a los cm3 de porosidad total que poseen.

f) Se expresa el volumen de porosidad total como porcentaje del volumen de las muestras imperturbadas, y de esta manera, se obtienen los porcentajes de los volúmenes de las muestras ocupados por poros.

Otra forma de determinar la porosidad total de suelos, es a través de la determinación de sus densidades aparente y real. A continuación se las define:

D.real = peso seco de la muestra

Volumen de los sólidos de la muestra

Densidad del suelo

La densidad aparente del suelo se define como el peso por unidad de volumen de una sustancia y

la fórmula matemática para su determinación es la siguiente:

Peso de suelo seco (en g)

Dap. = Volumen total (cm3).

En la cual:

Dap. = Densidad aparente del suelo en g /cm3.

Cuando se aplica a los suelos se denomina densidad aparente por que se induce en el espacio

poroso. Los cambios en la porosidad reflejan valores de densidad aparente variable como regla,

general, la Dap., tiene un valor máxima en el suelo de textura grasa por que tienden a menor

porosidad, aun cuando el tamaño de los poros es grande. Inversamente, el espacio poroso de un

suelo con textura fina tiende a ser mayor y por lo tanto su Dap., baja. La importancia de esta

determinación se debe que está muy relacionada con:

a) La velocidad de infiltración de agua en el suelo.

b) La porosidad total del suelo.

c) La capacidad de retención de agua por el suelo.

d) Calcular la masa de capa arable del suelo.

e) Con la porosidad, estima el grado de comportación del suelo.

f) Calculo del peso de una capa del suelo.

Principio de Arquímedes

El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje

vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado. La explicación del principio de

Arquímedes consta de dos partes como se indica en las figuras:

El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.

La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y

dimensiones.

Porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.

Consideremos, en primer lugar, las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto

de fluido. La fuerza que ejerce la presión del fluido sobre la superficie de separación es igual a

p·dS, donde p solamente depende de la profundidad y dS es un elemento de superficie.

Puesto que la porción de fluido se encuentra en equilibrio, la resultante de las fuerzas debidas a la

presión se debe anular con el peso de dicha porción de fluido. A esta resultante la denominamos

empuje y su punto de aplicación es el centro de masa de la porción de fluido, denominado centro

de empuje.

De este modo, para una porción de fluido en equilibrio con el resto, se cumple

Empuje=peso=pf. ·gV

El peso de la porción de fluido es igual al producto de la densidad del fluido p f por la aceleración

de la gravedad g y por el volumen de dicha porción V. La densidad Aparente es un dato muy

valioso que se emplea para la detección en el suelo de:

1.- Capas Endurecidas (Densidades mayores a 2 g /cm3), las cuales provocan problemas de

desarrollo radicular en los cultivos.

2.- Presencia de amorfos como el Alófano que comúnmente está relacionado con problemas de

fertilización.

DETERMINACIÓN DE LA ESTRUCTURA Y TEXTURA DEL SUELO MATERIALES:

Calicata o corte del suelo de un lugar de la localidad.

Cámara fotográfica

Bolsas SUSTANCIAS. Parrilla eléctrica. * Probeta de 500ml. * Peróxido de hidrogeno. Vaso de precipitados de 250ml. * Agua.

Agitador de cristal. * Suelo. Hilo. Balanza granataria. Platillo de aluminio. Regla de 30cm. Estufa. Tamiz de 2 mm de diámetro. Lupa. PROCEDIMIENTO: I. Debe de obtener una muestra de suelo, para determinar la estructura no disgregue los agregados (puede tomar muestras de los principales horizontes de ser posible), para el caso de la textura tome la muestra de la capa superior el cual debe estar limpio y tamice el suelo para que quede libre de piedras u otros materiales grandes (esto se podría cuantificar también con el pesaje de ser necesario). II. Determine la textura por el método del tacto y por sedimentación. III. Determinación de la textura del suelo por sedimentación: 1) Pesar 150 g de suelo. 2) Mezclar con 100 ml de agua. 3) Calentar 4) Añadir 50ml de peróxido de hidrogeno. 5) Calentar hasta quemar la materia orgánica por 5 minutos. 6) Retirar la mezcla 7) Agregar la mezcla a la probeta. 8) Adicionar agua hasta alcanzar 450ml. 9) Esperar la sedimentación por una hora. 10) Medir la distribución de:

a) Arena. b) Limo. c) Arcilla.

11) Con el triángulo textural determinar el tipo de suelo. IV. Determine la estructura del suelo por observación directa. 1) Saque terrones del suelo sin disgregar 2) Clasifique el grado de desarrollo de la estructura 3) Con ayuda de una lupa determine el tipo de estructura V. Deje el laboratorio limpio al terminar su práctica.

DETERMINACION DE LA HUMEDAD, DENSIDAD Y POROSIDAD DEL SUELO

Materiales y reactivos:

Bolsas etiquetadas para las muestras de suelo

Recipientes metálicos con volumen conocido

Probeta de 500 ml ó1000ml.

Regla de 30cm.

Balanza

Hilo

Mechero

Platillo de Aluminio (papel aluminio)

Agua, parafina derretida

Crisol o placa petri Procedimientos:

I. Determine la humedad del suelo: halle la humedad del suelo primero tome la muestra del

suelo sin secar ni disturbar (también es recomendable que estime el volumen del suelo en fresco

para ello use un recipiente con un volumen conocido) pese y luego llévelo a la estufa a 105°C por

24 horas después saque la muestra de suelo y vuelva a pesar y halle la humedad del suelo.

II. Determinación de la densidad real del suelo:

D.real = peso seco de la muestra

Volumen de los sólidos de la muestra

1. Tome un recipiente metálico (con volumen conocido) en el cual saque Ud. la muestra de suelo

sin disturbar, pese luego la muestra y halle su densidad real.

III. Determinación de la densidad por el método de la parafina (densidad aparente):

1. Seleccionar 2 terrones

2. Secar por el método de la estufa (105ºC) por 24 horas

3. Sacar y pesar el terrón

4. Amarrar el terrón con hilo

5. Sumergir el terrón en la parafina

6. Pesar el terrón con hilo y parafina

7. Sumergir el terrón en agua dentro de una probeta

8. Anotar el volumen desalojado

9. Aplicar la fórmula:

Peso de suelo seco (en gramos) Dap.=

Volumen total (cm3).

Promedie las dos densidades halladas.

IV. Determinación de la porosidad del suelo

1. Aplique la siguiente formula:

Donde:

EP espacio poroso en %

Dr densidad real

Da densidad aparente

DETERMINACIÓN DEL COLOR DEL SUELO

Materiales

Muestra de suelo

Tabla Munsell de colores del suelo

Procedimientos

Tome una muestra de suelo.

Indique si la muestra es en suelo seco o húmedo.

Use la Tabla Munsell para determinar el color del suelo.

Anote el color del suelo de acuerdo a la Tabla Munsell.

RESUMEN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO

Propiedad del suelo: Valores hallados/Unidad Interpretación

Estructura

Textura

Humedad

Densidad real

Densidad aparente

Porosidad

Color

CUESTIONARIO:

De la utilidad de cada una de las propiedades físicas del suelo determinadas.

Existen diferencias muy grandes entre los métodos de campo y de laboratorio?

Qué conclusión podemos sacar de estos dos métodos?

Cuándo es adecuado el uso del método de campo y de laboratorio?

De acuerdo al suelo estudiado que podemos deducir de nuestro análisis efectuado?

Presente el informe de su práctica en archivo digital de acuerdo a la siguiente estructura sugerida: introducción, objetivo, materiales, procedimiento, resultados, conclusiones, bibliografía (estilo APA o VANCOUVER), anexos.