DENSIDAD REAL, APARENTE Y POROSIDAD DEL SUELO:
El suelo como todo cuerpo poroso tiene dos densidades. La densidad real (densidad media de sus partículas sólidas) y la densidad aparente (teniendo en cuenta el volumen de poros).
-Peso específico o densidad real del suelo:
Es la relación entre la unidad de peso y la unidad de volúmen de la fase sólida del suelo, siendo más o menos constante, ya que está determinado por la composición química y mineralógica de la fase sólida.
El peso específico de los componentes del suelo es variado, por ejemplo menor de 2,5 gr/cm3 (humus y yeso), 2,5 a 3,0 (arcillas, cuarzo, feldespatos, calcitas, micas), de 3,0 a 4,0 (limonitas, piroxenos, olivinos) y mayor de 4,0 (hematitas y magnetitas).
No obstante, considerando que la mayor parte de los componentes del suelo (aluminosilicatos, sílice) poseen una densidad oscilante entre 2,6 y 2,7 g/cm3, se toma un valor medio de 2,65 gr/cm3 (valor adoptado al realizar el análisis granulométrico).
El contenido de los distintos elementos constituyentes de los suelos es el que determina las variaciones de su densidad real, por lo que la determinación de este parámetro permite por ejemplo estimar su composición mineralógica. Si la densidad real es muy inferior a 2,65 gr/cm3, podemos pensar que el suelo posee un alto contenido de yeso o de materia orgánica, si es significativamente superior a 2,65 gr/cm3 podemos inferir que posee un elevado contenido de óxidos de Fe o minerales ferromagnésicos.
- Método del picnómetro:
Este método consiste en obtener el volúmen de una muestra de suelo en forma indirecta, determinando por pesada el volúmen de agua existente en un recipiente (picnómetro) con y sin muestra de suelo.
El picnómetro se pesa vacío (valor A) y perfectamente seco en una balanza de precisión. Con ayuda de un embudo se agrega suelo tamizado por 2 mm, cuya humedad es conocida, hasta formar sobre el fondo del picnómetro una capa de aproximadamente 1 cm de espesor. Se pesa nuevamente (valor B). La diferencia entre los valores B y A nos da el peso en gramos del suelo que multiplicado por el factor de humedad nos da el valor del suelo seco a 105110 °C (valor P).
Se agrega con cuidado agua en el picnómetro hasta aproximadamente una tercera parte de su capacidad y se agita cuidadosamente para eliminar las burbujas de aire que pudieran quedar retenidas entre las partículas de suelo.
Para asegurar la completa extracción del aire se coloca el picnómetro con su contenido en un desecador por unos minutos. Finalmente se llena con agua el picnómetro hasta el borde y se coloca el tapón en forma tal que no queden aprisionadas burbujas de aire en su interior. El agua derramada se seca con papel de filtro para que el picnómetro quede totalmente seco. Se lo pesa en una balanza de precisión obteniendo el valor D.
Se vacía el picnómetro, se lo lava, se lo llena con agua destilada y se lo vuelve a pesar (valor E). Esta última pesada determina el volumen del picnómetro.
CALCULOS:
peso del picnómetro + suelo (valor B)
peso del picnómetro vacío (valor A)
peso del picnómetro + agua destilada (valor E)
peso del picnómetro + agua destilada + suelo (valor D)
peso del suelo seco (BA)
B (H.Higr. + A)
DR=
E (D P)
Peso específico o densidad aparente:
La densidad aparente se define como el peso de una unidad de volumen de suelo que incluye su espacio poroso.
La densidad aparente refleja el contenido total de porosidad en un suelo y es importante para el manejo de los suelos (refleja la compactación y facilidad de circulación de agua y aire). También es un dato necesario para transformar muchos de los resultados de los análisis de los suelos en el laboratorio (expresados en % en peso) a valores de % en volumen en el campo.
La DA de los suelos no cultivados varía generalmente entre 1 y 1.6 g/cm3. La variación es debida en su mayor parte a diferencias en el volumen total de poros, reconociéndose dos fuentes de origen principales: la textura y la estructura. Generalizando, podemos decir que el espacio poroso total se incrementa a medida que la textura es más fina, resultando en una disminución de la densidad aparente. El tamaño de los poros que generan las partículas de arcilla es extremadamente pequeño respecto del generado por partículas de arena, pero existe considerablemente mayor cantidad de poros en una muestra de textura arcillosa que en una arenosa (no confundir tamaño de poros con volumen de poros). Por otro lado, además del tamaño de la partícula, tiene influencia en la densidad aparente la forma de la misma. Las partículas de arcilla son planas y tienden a empaquetarse al azar, es decir en forma desordenada, y no como ladrillos perfectamente acomodados en una pared. En este sentido son más eficientes en ocupar una unidad de volumen las partículas esféricas (forma aproximada de las arenas y limos), resultando en un empaquetamiento más denso que el de las partículas planas. Una gran proporción de limo, que no promueve la agregación, provoca un aumento de la densidad aparente al taponar los poros generados entre las partículas de arena; en cambio un incremento en las proporciones de arcilla y materia orgánica aumenta el volumen de pequeños poros y promueve la agregación (formación de estructura) provocando una disminución de la densidad aparente.
Por otro lado, siempre generalizando, la DA aumenta de estructura migajosa o granular a prismática, columnar, laminar o masiva, porque en este sentido disminuye el volumen ocupado por la fase porosa.
La compactación (debida al pisoteo de animales, al laboreo, las precipitaciones, etc.) disminuye el volumen de poros, incrementando, por tanto el peso por unidad de volumen.
La pérdida de materia orgánica puede incrementar el peso del suelo de dos formas: a) la materia orgánica es más liviana que la mineral, b) su disminución se encuentra por lo general asociada a reducciones en el volumen total de poros.
La DA en cierto sentido refleja el estado del espacio poroso, como se observa en la siguiente Tabla (valores aproximados):
- Relación entre DA (gr/cm3) y porosidad (%).
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DA 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9
Poros 63 59 56 52 48 45 41 37 33 30
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Los valores de DA inferiores a 1 gr/cm3 se obtienen normalmente en suelos orgánicos. También poseen baja DA los suelos derivados de cenizas volcánicas.
· Método de los cilindros:
La utilización de cilindros de acero permite extraer muestras de suelo sin disturbar y de volumen conocido, por lo que la densidad aparente puede ser calculada en base a la relación peso seco de la muestra sobre volumen del cilindro.
Extraída la muestra de suelo con los cilindros extractores y cubiertos con las tapas para evitar pérdidas de material, se coloca en estufa a 105110 ºC hasta peso constante (aproximadamente 24 hs). Luego se registran el peso del suelo + cilindro (valor A) y la tara del cilindro (valor B). El volumen del cilindro (V), se calcula en base al radio (r) y la altura (h), por la siguiente fórmula:
V (cm3) = Ò . r2 . h
La DA (gr/cm3) se determina en base a la siguiente fórmula:
DA (gr/cm3) = (AB)/ V
· Método de la parafina
La DA en agregados puede ser conocida haciendo del uso del principio de Arquímedes por lo cual el volumen de la muestra se determina en base al volumen de líquido desalojado. Para ello se cubre el agregado de suelo con una sustancia repelente al agua (parafina), se pesa primeramente al aire y luego dentro de un líquido de densidad conocida.
La determinación de la DA se realiza considerando las siguientes variables: densidad del agua a la temperatura de la determinación, peso del agregado seco al aire, humedad de la muestra, peso de la muestra + la parafina en agua, peso de la parafina que recubre el agregado y densidad de la parafina.
Porosidad total:
Se entiende por porosidad del suelo el volumen ocupado por las fases líquida y/o gaseosa. Posee gran importancia en la penetración radicular, percolación del agua, difusión de los gases, etc.
Puede ser calculada a partir de la DR y DA y resulta la suma de la porosidad capilar (relacionada con retención de humedad) y de la porosidad no capilar (intercambio gaseoso). La relación de la macroporosidad/porosidad total indicará si la aireación es suficiente o deficiente de una manera global.
Distintos autores consideran diferentes límites de los poros del medio edáfico, pudiendo tomarse como válidos los de la siguiente clasificación:
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Denominación Tamaño (mm) Función
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Poros grandes (gruesos) 100060 Aireación e
infiltración
Poros medios 6010 Conducción del agua
Poros pequeños (finos) 100.2 Almacenamiento agua útil
Sup. Higroscópica (m.finos) <0.2 Retención agua higroscópica
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Pt (%) = 100 (DA/DR) .100 = (DRDA)/DR. 100
RESISTENCIA A LA PENETRACION:
Para evaluar la resistencia del suelo a la penetración puede ser empleado el penetrómetro de golpe, con sonda de punta cónica (ver figura).
Descripción: El elemento activo presenta una sonda con punta cónica y una capacidad de penetración de hasta 1 metro. Sobre su extremo superior se halla un lápiz que va marcando (a medida que va profundizando) sobre una tira de papel adosada a un eje solidario, paralelo a dicho elemento activo, la profundización que realiza cada golpe de pesa. El extremo de la sonda es un cono con un ángulo definido ( 60°) y de sección conocida. A manera de ejemplo podemos considerar :
F= 2 Kg
E= 50 cm
e= profundidad registrada entre dos golpes sucesivos, ej 2 cm.
y siendo: F * E = f * e
F * E 2 * 0.5
f = = Considerando que la superficie =.....cm2
e e
f kg
La Resistencia = = ----- = ......... kg/cm2
S cm2
Los datos que se obtienen en la faja, se vuelcan a un gráfico de resistencia en función de la profundidad a la que fue realizada la medición. Es necesario indicar la humedad del suelo en cada determinación.
Ejercicio: Dado el número de golpes para las distintas capas del perfil de dos suelos (valor e):
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Espesor N° Golpes
(valor e) suelo 1 suelo 2
010 cm 5 20
1020 cm 15 12
2030 cm 35 17
3040 cm 10 10
----------------------------------
y siendo :
e = 10 cm F = 2 Kg, E = 50 cm y S = cm2
graficar la resistencia a la penetración (Kg/cm2) en función de la profundidad (cm).
. . . . . . (Kg/cm2)
prof.
(cm)
-
-
-
-
SEGUNDA FUENTE DE INFORMACION
OBJETIVOS
Determinar las propiedades físicas del suelo: densidad real, densidad aparente y porosidad.
Reconocer los métodos empleados para hallar la densidad real y densidad aparente de un suelo.
MARCO TEÓRICO
DENSIDAD APARENTE
Se define como la masa contenida en la unidad de volumen que ocupa la muestra. La densidad aparente incluye el espacio poroso y el material sólido, tanto mineral como orgánico.
La densidad aparente seca de un suelo da una indicación de la firmeza del suelo y con ella la resistencia que presentará a los implementos de labranza o raíces de las plantas cuando penetran en el suelo.
A menor densidad aparente, mayor espacio poroso, es decir, se trata de un suelo menos compacto, por lo tanto la densidad aparente, es inversamente proporcional al espacio poroso.
La densidad aparente es una propiedad afectada por factores como:
-La textura
- La materia orgánica
-La consolidación
-La profundidad
La densidad aparente varía de acuerdo al estado de agregación del suelo, al contenido de agua y la proporción del volumen ocupado por los espacios intersticiales, que existen incluso en suelos compactos. La densidad aparente es afectada por la porosidad e influye en la elasticidad, conductividad eléctrica, conductividad térmica, en la capacidad calorífica a volumen constante y en la dureza.
DENSIDAD REAL
La densidad real es la relación que existe entre la masa de las partículas secas y el volumen real de la fase sólida (no el volumen aparente) conformada por las mismas, en contraste con la densidad aparente.
Esta densidad de la masa del suelo incluye partículas individuales de arena, limo, arcilla y materia orgánica sin incluir los espacios porosos.
En general, la densidad real de los suelos que no poseen cantidades anormales de minerales pesados, está alrededor de 2,65 si los contenidos de materia orgánica no superar a 1% (De Leenheer, 1967; De Boodt, 1965). Estos autores proponen reducir el valor 2,65 en 0,02 por cada 1% de aumento en el contenido de materia orgánica, hasta tenores de 5% de este componente del suelo. Para contenidos mayores proponen determinar la densidad real directamente. A pesar de lo anterior, en los cálculos estándar se ha usado el valor 2,65.
La densidad real se determina obteniendo el peso seco de la muestra de suelo y el volumen de los sólidos de la muestra. Eso último se realiza con un aparato denominado picnómetro, y el procedimiento significa la aplicación del principio de Arquímedes.
ESPACIO POROSO
Es la porción del suelo no ocupada por partículas sólidas, pero si ocupada por aire y agua. El arreglo de las partículas sólidas del suelo determina el espacio poroso.
Poros
Son aquellos que propician el movimiento del aire y del agua, mientras que estos retienen y conservan la humedad del suelo; por ejemplo, en los suelos de textura gruesa predominan los macroporos, por lo que se tiene un gran movimiento de agua y aire a pesar de la menor porosidad total.
METODOLOGÍA
DENSIDAD APARENTE
1. Tomar un terrón de suelo de 2x2cm y llevar a la estufa a 150˚
2. Cuando tome peso constante (que no se deje romper) sacar y pasar durante 30 minutos al secador
3. Tomar el terrón de suelo dado por el instructor, y pesarlo. Este valor de peso de suelo seco se llamara A
4. Pasar el terrón por la parafina caliente ayudados por las pinzas, y repetir el procedimiento después de que seque la primera capa de parafina( la parafina impide el paso de agua al terrón)
5. Pesar el terrón recubierto de parafina
6. Posteriormente, con la diferencia entre el peso del terrón parafinado y el terrón seco(A), y teniendo la densidad de la parafina= 0.9 calculamos el volumen de la parafina presente es decir (B)
7. Luego sumergir el terrón recubierto de parafina en una probeta graduada y llena hasta la mitad de agua para determinar el volumen desplazado por el ( este volumen desplazado es el ocupadopor el suelo el ocupado por la parafina) volumen desplazado= C
8. Realizar los cálculos
DENSIDAD REAL
1. Pasar una muestra de suelo por un tamiz de 2mm
2. Tomar una cantidad de entro 2 a 5gr de suelo
3. Tomar un picnómetro de 10ml y pesarlo Pp
4. Luego llevar la muestra al picnómetro y pesar el conjunto (la diferencia es Ps)
5. Llenar el picnómetro de agua hasta la marca superior
6. Llevar el picnómetro con la muestra vacío durante 15 minutos
7. Posteriormente con ayuda del tapón cerrar el picnómetro hasta que salga el agua sobrante del mismo
8. Secar el picnómetro y pesarlo de nuevo , ahora con la muestra de tierra y el agua Pz
Cálculos Densidad
Para calcular la densidad aparente del suelo se utilizó la ecuación:
da=A/(C-B)
Donde :
A= Peso terrón seco
B= Volumen de la parafina ; B= (Peso terrón parafinado- peso terrón seco)/ ρparafina) ρparafina: 0,9g/ml
C= Volumen desplazado
Espacio Poroso
% espacio poroso=100-[(densidad aparente )/( densidad real)×100]
BIBLIOGRAFÍA
- THOMPSON L, TROEH F. Los suelos y su fertilidad.2002. Editorial Reverté S.A. Cuarta Edición. Págs. 75-85
-http://edafologia.fcien.edu.uy/archivos/Atmosfera%20del%20suelo.pdf
-http://ingeodav.fcen.uba.ar/contame/suelo.html
% espacio sólido=(densidad aparente )/( densidad