Instituto de Geología

1 UNIVERSIDAD NACIONAL AUT NOMA DE M XICO Instituto de Geolog a Departamento de Edafolog a manual de Procedimientos Anal ticos Laboratorio de F sica de Suelos 2010 Dra. Lourdes Flores Delgadillo T c. Jorge Ren Alcal Mart nez 2 Contenido Agradecimientos P gina 1. Introducci n general 3 2. Instrucciones para el laboratorio 3 3. Instrucciones para el muestreo 4 4. Determinaciones f sicas en laboratorio 5 Humedad del suelo 5 Densidad de part culas 6 Porosidad del suelo y t rminos relacionados 8 Distribuci n del tama o de los poros 9 An lisis del tama o de las part culas del suelo 11 Curva caracter stica de humedad 21 Conductividad hidr ulica saturada 25 Consistencia del suelo 29 Color del

2 Suelo 32 5. Determinaciones f sicas en campo Densidad aparente 36 Humedad volum trica 38 Resistencia a la penetraci n 41 Conductividad hidr ulica 44 Reflectancia e irradiancia 54 6. Referencias bibliogr ficas 56 3 Agradecimientos Los autores de la presente recopilaci n (metodolog as actualizadas para la construcci n del este manual de Procedimientos Anal ticos), expresan su m s sincero agradecimiento a la Dra.

3 Blanca Prado Pano, por la revisi n cr tica y sugerencias para mejorar la calidad de este manual . 1. Introducci n general La caracterizaci n f sica de los suelos tiene como objetivo principal establecer la respuesta del suelo a las pr cticas asociadas en los diferentes sistemas de producci n, as como evaluar la susceptibilidad de los suelos a sufrir alg n proceso de degradaci n. Las propiedades f sicas del suelo est n relacionadas con la capacidad que tiene ste para ofrecer diferentes usos que sean de provecho para el ser humano. Para el buen uso, conservaci n, manejo y recuperaci n del recurso suelo, se requiere de conocer los fundamentos primordiales de las caracter sticas f sicas del suelo. La productividad de un suelo no s lo depende de sus contenidos nutrimentales, sino tambi n, de las condiciones f sicas del mismo, condiciones que en ocasiones, no se determinan.

4 Hay que recordar, que el desarrollo de la parte a rea de una planta depende del desarrollo de la ra z la que, a su vez, depender de que el suelo tenga un buen balance de aireaci n y humedad. El presente manual pretende ser una gu a para estudiantes y acad micos que requieran hacer evaluaciones de algunas propiedades f sicas de los suelos. Por lo tanto, se presentan los procedimientos anal ticos para estimar y determinar, tanto en campo como en laboratorio, las principales propiedades f sicas del suelo. No existe una estandarizaci n de todos los m todos de caracterizaci n f sica. Sin embargo, toda la metodolog a que se presenta en este manual , est documentada por el Laboratorio de Levantamiento del Suelo del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (Burt, 2004), y por la Sociedad Americana de la Ciencia del Suelo (Dane and Topp, 2002). 2. Instrucciones para el trabajo en el laboratorio de f sica de suelos Dentro de los cuidados que se deben de tener en un laboratorio de suelos se mencionan, principalmente, los siguientes: No tirar suelo en los lavaderos o tarjas.

5 El suelo debe vaciarse en recipientes de desecho para posteriormente ser llevado al exterior. 4 Asegurarse de que los instrumentos est n calibrados y estandarizados en su punto de referencia. Asegurarse de que las balanzas est n niveladas. En el caso de la olla y membrana de presi n, asegurarse de que no existan escapes de aire en las tapas o en alguna conexi n (ver con detalle las sugerencias en la secci n de este manual ). 3. Instrucciones para el muestreo Tradicionalmente, los an lisis de suelos se realizan en una muestra disgregada, secada al aire y pasada por un tamiz de 2 mm (plasticidad y composici n qu mica, entre otras). Algunas propiedades del suelo, por ejemplo la temperatura, pueden ser medidas en un punto; mientras que, otras propiedades son altamente dependientes del volumen, como por ejemplo la porosidad del suelo. En el caso de la estructura del suelo, el an lisis deber llevarse a cabo sobre una muestra no perturbada, donde la porosidad original del material no haya sido alterada.

6 Si esta porosidad original del suelo se establece con base en muestras de volumen peque o, es muy posible seleccionar aleatoriamente una muy baja o muy alta porosidad; es decir, el volumen de la muestra no es lo suficientemente representativo como para permitir la caracterizaci n completa de la porosidad de la masa de suelo. Por lo tanto, se requerir a una muestra m s grande. El volumen m nimo aleatoriamente seleccionado que conserva los rasgos de porosidad del volumen completo del sitio es llamado Volumen Elemental Representativo (REV). Obviamente, el REV tiende a ser mayor en suelos que est n fuertemente agregados, pedregosos, agrietados, o extremadamente heterog neos, que en suelos m s uniformes. El problema con el concepto REV es que diferentes propiedades del suelo pueden exhibir diferentes patrones espaciales o temporales, de manera que, el REV para un par metro del suelo puede diferir del REV para otros par metros.

7 Cada propiedad del suelo puede tener su propia escala caracter stica de medici n. Sin embargo, en terrenos que var en sistem ticamente en una direcci n o en otra, el incrementar el tama o de la muestra, muy probablemente, no produzca un valor consistente en todas sus propiedades. Conservaci n de una muestra de suelo Cuando algunas determinaciones de laboratorio no puedan realizarse poco despu s del muestreo, o muestras inalteradas de suelo tengan que ser almacenadas por largos per odos con su contenido de humedad de campo, es recomendable inhibir la actividad biol gica en el suelo, adicionando directamente a la muestra, unas gotas de xido de propileno, taparlas y preservarlas en refrigeraci n (5 C). La actividad biol gica tiene efectos importantes en los valores de conductividad hidr ulica, densidad aparente y curva de retenci n de 5 humedad, principalmente, debidos a un incremento en la macroestructura del suelo por el desarrollo de lombrices, o a un decremento en la porosidad por el desarrollo de algas y bacterias.

8 El xido de propileno no causa cambios en la viscosidad del agua, en la tensi n superficial del agua, y/o en la humectabilidad del suelo. 4. Determinaciones f sicas en laboratorio Humedad del suelo Introducci n La humedad del suelo influye en muchas propiedades f sicas, tales como la densidad aparente, espacio poroso, compactaci n, penetrabilidad, resistencia al corte, consistencia, succi n total de agua y color del suelo. La humedad del suelo es muy din mica y depende del clima, vegetaci n, profundidad del suelo, y de las caracter sticas y condiciones f sicas del perfil. Se entiende por humedad del suelo a la masa de agua contenida por unidad de masa de s lidos del suelo. La humedad del suelo se puede expresar gravim tricamente, con base en la masa, o volum tricamente, con base en el volumen. La humedad gravim trica (w) es la forma m s b sica de expresar la humedad del suelo.

9 Tiene las unidades de kg kg-1 . La humedad volum trica, generalmente, se calcula como un porcentaje del volumen total del suelo. fswtwVVVVV+== Vf = Va + V w donde Vw es el volumen del agua, Vs volumen de s lidos, Vf volumen de poros, y Vt el volumen total de la muestra representativa. Materiales Balanza granataria con aproximaci n de g Estufa para secar suelo a 105-110 C Recipientes de aluminio Procedimiento La masa de suelo secada en estufa se obtiene colocando una muestra de suelo en la estufa a 105-110 C hasta obtener el peso constante de la muestra que, en la mayor a de los suelos, se logra entre 24 y 48 horas, dependiendo del tama o de la muestra. A este estado se le denomina suelo seco y es de naturaleza constante y reproducible bajo varias condiciones ambientales. Varios an lisis qu micos utilizan como base la masa de suelo secada en estufa.

10 Para obtener esta informaci n sin alterar la naturaleza de la muestra de suelo al colocarla en la estufa, se acostumbra tomar una cantidad de suelo para determinar la humedad de la muestra, adecuadamente mezclada, en su estado de humedad secada al aire . 6 C lculos 1001 = ==ssshssssshsagMMMMMMMw donde w es el contenido de humedad gravim trica, Mag es la masa del agua, Ms es la masa de los s lidos, Msh e s la masa de suelo h medo, Mss es la masa de suelo secado en estufa. Para efectos pr cticos, la humedad volum trica se puede calcular utilizando la siguiente relaci n: )/(wbw = donde b es la densidad aparente del suelo, w es la densidad del agua (1000 kg m-3 ) a presi n y temperatura est ndar. Densidad de las part culas del suelo Introducci n Las part culas de un suelo var an en su composici n y en su densidad. La densidad de la fase s lida del suelo est definida como la masa total de los s lidos dividida por el volumen total de ellos.