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• Karo L Ponce Churampi

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UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLOGICA DE LIMA SUR

PRÁCTICA N° 6

EL AGUA DEL SUELO INTRODUCCION El agua del suelo, a pesar de su abundancia en la naturaleza, no es una sustancia corriente; existen grandes diferencias entre muchas de sus propiedades y

las de compuestos que son

similares en estructura química. Esta agua es de vital importancia para el crecimiento de las plantas, no solo porque estas necesitan de ellas para realizar sus procesos fisiológicos, sino porque también el agua contiene nutrientes en solución. El agua presente en el suelo determina un contenido de humedad en el suelo. Esta humedad, es dinámica ya que se mueve constantemente de un lugar a otro en respuestas a las fuerzas del movimiento del agua creadas por la percolación, evaporación, irrigación, la lluvia , la temperatura y el uso de las plantas o cultivos. Estas plantas deben gastar energía para extraer el agua del suelo; eso se debe a que el agua en el suelo está sometida a fuerzas que la retienen en los microporos capilares. La planta deberá gastar más energía cuanto más aprisionada esta el agua en el suelo. La medida de la fuerza con la que el agua es retenida por el suelo suele llamarse potencial hídrico del agua, que es la suma de las fuerzas que la retienen o impulsan en el suelo. Las fuerzas que retienen el agua en el suelo depende de la textura (contenido de arcilla) y de la materia orgánica; las cuales permiten que el suelo puedan retener un volumen de agua disponible para las plantas. Conociendo el porcentaje de humedad de un suelo, se puede determinar la cantidad de agua que existe en el suelo en un momento determinado. Este dato es importante para calcular la lamina de riego o volumen de agua necesario para realizar un riego oportuno, si es que el agua presente en el suelo es muy poca, o en caso contrario, no realizar el riego. Así, se puede calcular la frecuencia de riego en un campo o predio de interés. A continuación se muestran los procedimientos para calcular el porcentaje de humedad y otros experimentos que nos explican como el agua se mueve dentro del suelo. OBJETIVO Al finalizar la práctica, los alumnos estarán capacitados para: Aplicar el método gravimétrico para determinar el contenido de humedad en muestras de suelo. Determinar los coeficientes hídricos del suelo (capacidad de campo y punto de marchitez) a partir de la humedad equivalente (H. E.).

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Comparar el movimiento dl agua a través de tubos capilares conteniendo suelo de textura arenosa y franca. A. DETERMINACION DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD: METODO GRAVIMETRICO La humedad del suelo se puede expresar gravimétricamente con la base en la masa, o volumétricamente, con base al volumen. La humedad gravimétrica es la forma más básica de expresar la humedad del suelo y se entiende por ella la masa de agua contenida por unidad de masa de sólidos del suelo. Frecuentemente, se expresa como un porcentaje. % humedad gravimétrica (Hd g) = ( (M (suelo húmedo)-M(suelo secado al horno))x100 M (suelo secado al horno) M: Masa El suelo se obtiene de introducir el suelo húmedo a la estufa durante 24 horas a 105°C. La humedad gravimétrica puede expresarse en forma de humedad volumétrica, utilizando la siguiente fórmula: %Humedad volumétrica (Hd v) = Volumen del agua en el suelo x 100 Volumen total del suelo Sin embargo, la relación entre la humedad volumétrica y la humedad gravimétrica es la siguiente: Hd v = ∂a x Hd g ∂H2O ∂a = Densidad aparente g/cm ∂H2O = Densidad del agua g/ cm MATERIALES     

Lampa Cilindro Latas de aluminio Martillo o comba Balanza con aproximadamente de 0.1 g

PROCEDIMIENTO 1. con la ayuda del vernier, proceder a medir la altura y el diámetro internos de los cilindros metálicos para poder calcular su volumen 2. realizar una calicata de 40 cm de profundidad, y tomar muestra en sus estratos de 0 a 20 cm y de 20 a 40 cm. 3. introducir los cilindros en el suelo ayudados con un pedazo de madera que debe colocarse en la parte superior del cilindro, golpeando sobre ellos con el martillo o comba hasta el ras del perfil (evitar disturbar o compactar la muestra). Los filos externos del cilindro deben ser biselados o cortantes para que faciliten su ingreso. ING. EDGAR MARCELINO TARMEÑO

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4. Extraer los cilindros con las muestras de suelo contenidas en ellos. Con ayuda de un cuchillo afilado o espátula y cortar en capas delgadas el suelo sobrante de los extremos hasta llegar al nivel de los bordes del cilindro. 5. Tomar complementariamente pequeñas porciones de suelo en cada profundidad y determinar la textura al tacto. 6. Transferir las muestra de suelo contenidas en los cilindros a las latas de aluminio, previamente pesadas. 7. Colocar los recipientes de aluminio con el suelo en la estufa a 105°C durante 24 a 48 horas dependiendo de la textura del suelo, hasta alcanzar peso constante. Luego de este tiempo retirarlas y dejar enfriar. 8. Registrar el peso del suelo seco cuando se observa que este no disminuye o se mantiene constante. 9. Con los datos obtenidos, peso húmedo y peso seco, determinar el porcentaje de humedad del suelo, según la fórmula indicada anteriormente. 10. Comparar los resultados con los valores del Triangulo Textural modificado para estimación de la capacidad de campo. B. DETERMINACION DE LA HUMEDAD EQUIVALENTE (H.E.) FUNDAMENTO Existen variados métodos de medición indirecta que nos pueden proporcionar el valor de contenido de humedad de un suelo en sus diferentes puntos de coeficientes hídricos. La Humedad Equivalente (H.E.) es el porcentaje de humedad que queda en una muestra de suelo después de que esta ha sido sometida a una fuerza centrifuga mil veces mayor a la fuerza de gravedad durante un tiempo de 30 minutos a 2400 rpm. Se halla en base a la formula de humedad gravimétrica Con el valor de Humedad Equivalente se puede determinar el % de humedad a Capacidad de Campo (CC) y en Punto de Marchitez (PM). Para determinar la CC se hace uso de la formula: CC (%) = 0.865 X H.E. + 2.62 (Aplicable en suelo de textura franco, franco arcillosa, franco limo arenoso, arcilloso) CC (%) = 0.774 X H.E. + 4.41 (Aplicable en suelo de textura franco arenoso y arenoso) Para determinar el Punto de Marchitez (PM): PM (%) = H.E: / 1.84 Adicionalmente se puede determinar: Agua Aprovechable = % CC - % PM MATERIALES   

Cajitas estándar de centrifugación y papel filtro Centrífuga Cajitas de aluminio con sus respectivas tapas

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 

Balanza de aproximación (0.1 gr.) Muestra de suelo

PROCEDIMIENTO 1. 2. 3. 4.

Pesar 30 gr. de suelo y colocarlos dentro de las cajitas estándar de centrifugación. Dejar saturar las muestras con agua por un tiempo de 24 horas. Centrifugar las muestras por 30 minutos a 2400 rpm. Retirar las muestras centrifugadas y colocar una porción de han sido previamente pesadas

e identificadas. 5. Pesar las latas de aluminio contenido la muestra de suelo. 6. Colocar las cajitas de aluminio con el suelo a la estufa a 105°C por 24 horas. Luego de este tiempo retirarlas a un desecador y dejar enfriar. 7. Pesar y anotar sus datos. 8. Comparar los resultados con los valores del Triangulo Textual modificado para estimación de la Capacidad de campo. C. VISUALIZACION DEL MOVIMIENTO DEL AGUA POR EL PROCESO DE CAPILARIDAD FUNDAMENTO La capilaridad puede demostrarse ubicando uno de los extremos de un tubo capilar de vidrio en agua. El agua se eleva en el tubo y esta elevación es mayor a medida que el diámetro del tubo sea menor. Las moléculas de agua son atraídas a los lados del tubo moviéndose hacia arriba en respuesta a esta atracción. Las fuerzas cohesivas entre las moléculas individuales de agua que no están en contacto directo con las paredes del tubo capilar producen que estas sean también “jaladas” hacia arriba. Este movimiento del agua continúa hasta que el peso del agua en el tubo balancea las fuerzas adhesivas. Lo mismo ocurre en el suelo. MATERIALES     

Muestras de suelo de diferentes clases texturales. Tubos de vidrio de una pulgada de diámetro. Agua. Gasa. Cubetas.

PROCEDIMIENTO 1. Introducir las muestras de suelos de diferentes clases textuales en tubos de vidrio de una pulgada de diámetro y colocar en la base de cada tubo un trozo de gasa para evitar que el suelo se pierda. 2. Sumergir la base de los tubos en una cubeta de agua, manteniendo constante el volumen de esta. 3. Observar la altura de ascensión del agua por efecto de capilaridad. Anotar la altura final. CALCULOS Y RESULTADOS

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A. DETERMINACION

DEL

PORCENTAJE

DE

HUMEDAD

GRAVIMETRICA:

METODO GRAVIMETRICO(Hdg)  Datos: Msuelo Húmedo: 370.7g Msuelo seco(105°C):364.2g  Cálculos: Msh  Mss Hdg  ( ) x100 Mss  370.7 g  364.2 g   x100 Hdg   364.2 g  

Hdg  1.785%

B. DETERMINACION DE HIMEDAD A CAPACIDAD DE CAMPO (Hcc),(%CC)  Datos: Msuelo húmedo + vaso = 85.6g Msuelo seco + caso = 78.3g Mvaso= 50.5g Msuelo húmedo = 35.1g Msuelo seco= 27.8 g  Cálculos

 Msh  Mss   x100 Mss  

Hcc  

 35.1g  27.8 g   x100 27.8 g  

Hcc  

Hcc  26.26% C. VISUALIZACION DEL MOVIMIENTO DEL AGUA POR EL PROCESO DE CAPILARIDAD: Capilaridad=14.3cm

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TRIANGULO TEXTURAL MODIFICADO PARA ESTIMACION DE LA CAPACIDAD DE CAMPO (% HUMEDAD VOLUMETRICA) 60 % 50 %

% CC

40 %

30 % 20 % 10 %

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CUESTIONARIO 1. ¿Qué factores afectan los valores de las constantes de humedad en el suelo? Principales factores que afectan la humedad del suelo son su textura, estructura

y

contenido de materia orgánica. Si el suelo es arenoso, su contendo de humedad será menos problemático para trabajarlo, en un suelo arcilloso requiere un momento muy preciso, la labor de rotura y mulliimiento, dado que puede perder constantemente la humedad y resultar imposible su mullimiento. 2. Una muestra que al secarse a la estufa elimino 6 cm 3 de agua se determino que contenia 15% de humedad gravimetrica. ¿Cuál era su peso original en humedo?

3. ¿Qué cantidad de agua debe agregarse a 100g de suelo para saturarlo completamente si su densidad aparente es de 1.3 g/cm3 y su densidad real de 2.6 g/cm3?

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Entonces el volumen máximo que puede ocupar el agua es: V total – V suelo seco = 76.92 cm3 – 38.46 cm3 = 38.46 cm3 4. Haga un esquema o grafico del agua en el suelo indicado: formas, coeficientes hidricos, tension de retencion en admosferas, clasificacion biologica, clasificacion fisica, apariencia del suelo, etc. 5. Complete el cuadro anexo, en base al

grafico referente a curvas caracteristicas de

humedad.

Hd

Hdv

Hd v

POROSIDAD

ESPACIO

AGUA UTIL

SATURACION

CC

PM

(%)

AEREO

(%)

A Franco

(%) 21%

(%) 13%

50%

21-13=8

B Arenodo

9%

2.5%

38%

9-2.5=6.5

SUELO

(%)

(%)

6. A partir de la siguiente tabla de datos ¿Cuál de los tres suelos están más próximo a la saturación? ¿Por qué? ING. EDGAR MARCELINO TARMEÑO

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TEXTURA

DENSIDAD

PESO DEL

APARENTE

SUELO

PESO

DEL

POROSIDAD

SUELO

Hd V (%)

HUMEDO

SECO

(g/cm3) 1.6

(g) 148.5

(g) 120

37.98%

38%

Franco

1.4

154.3

120

39.91%

40.01%

Franco arcilloso

1.2

161.7

120

41.75%

41.7%

Arena franca



(%)

Solución:

Textura : Arena Franca: Datos DA=1.6 g/cm3 Psh=148.5g Pss= 120g Calcular 1. Hallar el volumen total:

Vt 

Mss 120 g  Da 1.6 g / cm 3

Vt  75cm 3

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2. Hallar la humedad gravimétrica:

Msh  Mss x100 Mss 148.5 g  120 g Hg (%)  x100 120 g Hg (%)  23.75% Hg (%) 

3. Hallar la humedad volumétrica

Hv (%) 

HgxDA 23.75% x1.6 g / cm 3  Ddelagua 1g / cm 3

Hv (%)  38% 4. Hallar el volumen del agua

Vagua  38% x75cm 3  28.5cm 3 5. Hallar el volumen del suelo seco:

Vss  Vt  Agua  75cm 3  28.5cm 3  46.5cm 3

6. Hallar la densidad Real:

Dr 

Mss 120 g   2.58 g / cm 3 3 Vss 46.5cm

7. Hallar la porosidad

 Da  1.6 g / cm 3  %P   1   x100   1  Dr  2.58 g / cm 3   % P  37.98%



 x100 

Textura : Franco Arcilloso Datos DA=1.4 g/cm3 Psh=154.3g Pss= 120g ING. EDGAR MARCELINO TARMEÑO

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Calcular 1. Hallar el volumen total:

Vt 

Mss 120 g  Da 1.4 g / cm 3

Vt  85.71cm 3 2. Hallar la humedad gravimétrica:

Msh  Mss x100 Mss 154.3 g  120 g Hg (%)  x100 120 g Hg (%)  28.58% Hg (%) 

3. Hallar la humedad volumétrica

Hv(%) 

HgxDA 28.58% x1.4 g / cm 3  Ddelagua 1g / cm 3

Hv(%)  40.01%

4. Hallar el volumen del agua

Vagua  40.01% x85.71cm 3  34.29cm 3 5. Hallar el volumen del suelo seco:

Vss  Vt  Agua  85.71cm 3  34.29cm 3  51.42cm 3 6. Hallar la densidad Real:

Dr 

Mss 120 g   2.33 g / cm 3 Vss 51.42cm 3

7. Hallar la porosidad

 Da  1.4 g / cm 3  %P   1   x100   1  Dr  2.33 g / cm 3   % P  39.91%



 x100 

Textura : Franco Arcilloso Datos

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DA=1.2 g/cm3 Psh=161.7g Pss= 120g Calcular 1. Hallar el volumen total:

Vt 

Mss 120 g  Da 1.2 g / cm 3

Vt  100cm 3 2. Hallar la humedad gravimétrica:

Msh  Mss x100 Mss 161.7 g  120 g Hg (%)  x100 120 g Hg (%)  34.75% Hg (%) 

3. Hallar la humedad volumétrica

Hv (%) 

HgxDA 34.75% x1.2 g / cm 3  Ddelagua 1g / cm 3

Hv (%)  41.7% 4. Hallar el volumen del agua

Vagua  41.7% x100cm 3  41.7cm 3 5. Hallar el volumen del suelo seco:

Vss  Vt  Agua  100cm 3  41.7cm 3  58.3cm 3 6. Hallar la densidad Real:

Dr 

Mss 120 g   2.06 g / cm 3 3 Vss 58.3cm

7. Hallar la porosidad

 Da  1.2 g / cm 3   %P   1  x 100  1    Dr  2.06 g / cm 3   % P  41.75%

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

 x100 

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Conclusión: El suelo FRANCO es el que está más próximo a la saturación, debido a que las diferencias de porcentajes entre la humedad volumétrica y la porosidad son menores en comparación a los otros tipos de suelos

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REPORTE DE PRÁCTICA EL AGUA DEL SUELO

Determinación del porcentaje de humedad: Método Gravimétrico Completar el siguiente cuadro según el desarrollo de la práctica PROFUNDIDAD DE MUESTREO

VOLUMEN DEL CILINDRO

PESO

(cm3)

LATA

PESO DE LA LATA +

DE LA

(cm)

PESO DEL SUELO HUMEDO

PESO DE SUELO HUMEDO (g)

(g) (g)

20 cm

206.08

206.08

462.18

256.1

PESO DE LA LATA + PESO DEL SUELO SECO A ESTUFA (g)

PESO DE SUELO SECO A ESTUFA (g)

241.68

235.6

DENSIDAD APARENTE

(%)

8.7

POROS

TEXTURA

Hd V

Hd g

AL (g/cm3)

1.14

(%)

9.918

(%) TACTO

56.98%

Limoso

Determinación de la Humedad Equivalente (HE) ING. EDGAR MARCELINO TARMEÑO

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Completar el siguiente cuadro según el desarrollo de la práctica PESO DE LA LATA

PESO DE SUELO CENTRIFUGADO

(g)

50.5g

(g)

35.1g

PESO DE LA LATA + PESO DEL SUELO SECO A ESTUFA (g)

PESO DE SUELO SECO A ESTUFA (g)

78.3

27.8g

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CC (%)

26.26%

TEXTURA AL TACTO

Fraanco Arcilloso

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RESOLVER El muestreo de un campo deportivo de 120mx50m arroja los siguientes datos: Peso del suelo al momento del muestreo

:

125g

Peso del suelo seco al aire

:

107g

Peso del suelo húmedo a CC

:

135g

Peso del suelo a tensión de 15 atm

:

117g

Profundidad considerada

:

20 cm

Densidad aparente

:

1.25g/cm3

Densidad real

:

2.50 g/cm3

Humedad higroscópica (en peso)

:

7%

Encontrar después de un riego de 250m3: a. Agua libre o gravitacional en m3 b. Agua útil o aprovechable en litros c. Agua no útil en m3 d. Agua higroscópica en m3 e. Agua capilar en litros

Solución:

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VTotal  120 x50 x0.2  1200m 3  Psh  Pss   x100% Pss  

 % Hg  

 107 g  Pss   x100 Pss   Pss  100 g

7

 125 g  100 g   x100% 100 g  

 % Hact  

% Hact  25% En volumen (%)

% Hvact  % Hact.xDa % Hvact  25% x1.25  31.25% Volumen en m3 31.25% de 1200m3=375m3 

Capacidad de Campo:

 135 g  100 g   x100 g 100 g  

% Hcc  %CC  

% Hcc  %CC  35% En volumen (%)

% Hvcc  % HccxDa % Hvcc  35% x1.25  43.75% El Volumen en m3 43.75% de 1200m3=525m3



Punto de Marchitez

 117 g  100 g   x100% 100 g  

% PM  

% PM  17% En Volumen (%)

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% Hvpm  % PMxDa % Hvpm  17% x1.25  21.25%

El volumen en m3 21.25% de 1200m3=255m3

 Luego se aplicó riego con 250m

3

a) Agua superflua (m3)

As  (375m 3  250m 3 )  525m 3 As  100m 3 b) Agua útil (L)

Au  CC  PM Au  525m 3  255m 3  270m 3 c) Agua no útil (m3)

Anu  PM  255m 3 d) Agua Higroscópica (m3)

% Hh  7% En volumen (%)

% Hvh  % HhxDa % Hvh  7% x1.25  8.75%

El volumen en m3 8.75% de 1200 m3= 105m3 e) Agua Capilar(L) Ac  CC  Hh Ac  525m 3  105m 3  420m 3 AC  420000 L CONCLUSIONES

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

El porcentaje de capacidad de campo corresponde a la textura de suelo franco arcillosa, así mismo había sido identificado nuestro suelo en pruebas anteriores



El espacio no ocupo por la dase solida constituye los poros del suelo, que contiene la fase liquida y la fase gaseosa



La humedad del suelo se puede expresar gravimétricamente en base a la masa o en base al volumen y es la forma más básica de expresar la humedad del suelo



El agua del suelo está sometida a la acción de una serie de factores que tienden a retenerla o expulsarla



La textura influye de forma importante en la capacidad de retención de agua en los suelos



Los suelos con buena estructura tienen mayor porosidad y por tanto a saturación contienen más agua



El contenido del suelo a partir del cual se produce la marchitez irreversible de la planta se conoce como punto de marchitamiento



La reserva útil o intervalo de humedad disponible, es decir el agua disponible para las plantas será la comprendida entre la capacidad de campo y el punto de marchitamiento.

RECOMENDACIONES: 

Leer previamente la guía de la laboratorio para entender los objetivos y los procedimientos de la práctica



Reconocer las variables a calcular, conociendo y entendiendo sus conceptos



Ser muy precisos en la toma de datos, masas , volúmenes y cálculos



Manejar adecuadamente los equipos(balanzas y estufa)

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

Utilizar correctamente los materiales, verificando que estén idóneos para no alterar la practica de laboratorio(totalmente secos y sin residuos extraños en el interior)



Al finalizar la práctica desechar las muestras en lugares indicados , dejando los implementos limpios y guardados

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