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MÉTODOS DE ANÁLISIS FÍSICO DE SUELOS

Marco Sandoval Estrada1, José Dörner Fernández2, Oscar Seguel Seguel3, José Cuevas Becerra4, Diego Rivera Salazar5

2011 1 Universidad de Concepción, Facultad de Agronomía, Departamento de Suelo y Recursos Naturales 2 Universidad Austral de Chile, Facultad de Ciencias Agrarias, Instituto de Ingeniería agraria y Suelos 3 Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Agronómicas, Departamento de Ingeniería y Suelos 4 Universidad de Concepción, Facultad de Agronomía, Departamento de Suelo y Recursos Naturales 5 Universidad de Concepción, Facultad de Ingeniería Agrícola, Departamento de Recursos Hídricos

MÉTODOS DE ANÁLISIS FÍSICOS DE SUELOS

PREFACIO

Esta publicación ha sido preparada por integrantes de la Comisión de Física de Suelos de la Sociedad Chilena de la Ciencia del Suelo y financiada por el Servicio Agrícola y Ganadero (SAG) del Ministerio de Agricultura de Chile:

Marco Sandoval E. Ingeniero Agrónomo, Dr. en Ciencias Ambientales Universidad de Concepción Facultad de Agronomía

José Dörner F.

Ingeniero Agrónomo, Dr. en Ciencias Agrarias Universidad Austral de Chile Facultad de Ciencias Agrarias

Oscar Seguel S.

Ingeniero Agrónomo, Dr. en Ciencias Agrarias Universidad de Chile Facultad de Ciencias Agronómicas

José Cuevas B.

Ingeniero Agrónomo, Dr. (c) en Ciencias Agrarias Universidad de Concepción Facultad de Agronomía

Diego Rivera Salazar

Ingeniero Civil, Dr. en Ing. Agrícola Universidad de Concepción Facultad de Ingeniería Agrícola


INTRODUCCIÓN 3

INTRODUCCIÓN El objetivo de esta publicación es detallar los procedimientos para los análisis físicos en los distintos suelos de Chile, la importancia de esto radica en que los comportamientos de los suelos están influenciados por las condiciones físicas y mecánicas de los mismos, las que deben ser estudiadas de manera precisa y que aseguren resultados confiables, además, la repetibilidad de los procedimientos y resultados son importantes en una agricultura racional y respetuosa del medio ambiente. El enfoque de esta publicación se fundamente en la experiencia que se tiene en diferentes laboratorios, donde se realiza investigación en el área de la física de suelos y tiene relación con la necesidad de estandarizar las metodologías utilizadas para este tipo de análisis y su correcta interpretación. La información que se entrega en esta publicación tiene que ver con diferentes características de suelos, las que se resumen en los siguientes tópicos: Agua gravimétrica, Textura, Clase textural, Arena gravimétrica, densidad aparente, densidad real, curva de retención de agua, humedad aprovechable. Los procedimientos del muestreo y de la conservación de los suelos no son considerados en esta publicación, por lo que se asume que la muestra que se recibe ha sido recolectada usando un plan de muestreo orientado a garantizar su representatividad para los propósitos del análisis. En general, no se incluyen advertencias con respecto a la seguridad, porque se asume que los analistas están debidamente capacitados para manejar reactivos peligrosos. Tampoco se incluyen referencias con respecto al impacto que los procedimientos descritos puedan tener en el medio ambiente, aunque se sabe que los desechos de un laboratorio pueden ser dañinos para éste. Por lo tanto, se recomienda a los usuarios a tomar las medidas necesarias con el fin de minimizar tales efectos.


INDICE 4

TABLA DE CONTENIDO

Página

PREFACIO ...................................................................................................................... 2

INTRODUCCIÓN............................................................................................................. 3

1 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA............................................................................ 5

1.1 Suelos............................................................................................................. 5

2 CONTENIDO DE AGUA GRAVIMETRICA................................................................. 8

2.1 Secado a 105±5ºC (suelos) ............................................................................ 8 3 TEXTURA O GRANULOMETRIA DE SUELOS........................................................ 13

3.1 Mètodo del hidròmetro.................................................................................. 13

3.2 Clase textural................................................................................................ 23

4 ARENA...................................................................................................................... 25

4.1 Determinaciòn arena (granulometrìa) ........................................................... 25

5 DENSIDAD APARENTE........................................................................................... 28

5.1 Mètodo del cilindro....................................................................................... 29

5.2 Método del terrón……………………………………………………………… 35 5.3 Método de la excavación…………………………………………………………41

6 DENSIDAD REAL..................................................................................................... 49

6.1 Mètodo del picnòmetro.................................................................................... 51

7 RETENCIÒN DEL AGUA EN EL SUELO................................................................. 59

7.1 Curva de retenciòn de agua en el suelo ...................................................... 59


PREPARACIÓN DE LA MUESTRA. Método 1.1: Suelos 5

1 PREPARACIÒN DE LA MUESTRA

1.1 Suelos 1 Principio y alcance 1.1 El objetivo de la homogenización es la preparación de la muestra de suelo para

ser usada en los análisis físicos que así lo requieran. Esto es requerido generalmente cuando los análisis son realizados en la fracción fina de suelo (<2 mm), como la granulometría o la densidad real. Para esto la muestra es secada a una temperatura no superior a 40±2°C, hasta masa constante, constituyendo lo que se denomina “suelo seco al aire”, es recomendable el secado de la muestra en una estufa a 40±2°C. Las ventajas de usar el suelo seco al aire consisten en que generalmente posee un contenido de humedad óptimo para manipularlo y procesarlo, la masa de suelo seco al aire permanece relativamente constante, y la actividad microbiana es baja durante el almacenaje.

1.2 Este procedimiento es aplicable a todos los tipos de suelos. 1.3 En caso que se requiera conocer el contenido de agua de la muestra de suelo tal

cual viene de terreno, se debe proceder según Método 2.1. 2 Equipos y materiales especiales 2.1 Martillo de madera o de otra superficie suave, o tapón de goma. 2.2 Bandejas. 2.3 Láminas de plástico. 2.4 Estufa con circulación de aire capaz de mantener una temperatura de 40±2°C

(recomendable). 2.5 Tamiz de acero inoxidable o de otro material inerte, con orificios de 2 mm (recomendable ASTM N° 10 diámetro 8”). 2.6 Mortero y pistilo de porcelana. 2.7 Bolsas o frascos de plástico con tapa para almacenar las muestras, debidamente identificadas. 3 Procedimiento 3.1 Homogeneizar bien la muestra de terreno, disgregando los terrones manualmente

o mediante presión con un martillo de madera o un tapón de goma (2.1), eliminando las piedras y los residuos vegetales de mayor tamaño tales como raíces gruesas. Para suelos arcillosos, secar hasta alcanzar un grado de humedad que permita desintegrar fácilmente los terrones.

3.2 Separar una fracción de al menos 500 g de la muestra de terreno (en adelante muestra de laboratorio o simplemente muestra de suelo) y esparcirla sobre una



bandeja (2.2) cubierta con una lámina de plástico (2.3). El espesor de la capa de muestra no debe ser superior a 15 mm.

3.3 Secar la muestra al aire, dejando la bandeja en un ambiente ventilado libre de contaminación (en lo posible habilitar sala de secado), o bien en estufa (2.4) a una temperatura no superior a 40±2°C, hasta que la pérdida de masa no sea mayor del 5% en 24 horas.

3.4 Tamizar la muestra a través del tamiz de 2 mm (2.5). Los terrones que no pasan por el tamiz se disgregan (no se muelen) con movimientos circulares del pistilo en el mortero (2.6) y se tamizan nuevamente. Los fragmentos orgánicos y grava que permanecen en el tamiz se eliminan, a menos que se requiera conocer el porcentaje de grava.

3.5 La muestra de fracción <2 mm se homogeniza y se almacena en una bolsa o frasco plástico (2.7) y constituye la muestra de suelo seco al aire que se somete a los procedimientos analíticos usuales. El remanente de la muestra de terreno se almacena en una bolsa plástica y permanece como contramuestra.

4 Bibliografía 4.1 ISO 11464. 1994. Soil quality. Pretreatment of samples for physico-chemical

analyses. International Organization for Standardization, Genève, Switzerland. 9 p. 4.2 Sadzawka R., A, M.A. Carrasco R., R. Grez Z., M.L. Mora G., H. Flores P. y A.

Neaman. 2006. Métodos de análisis de suelos recomendados para los suelos de Chile. Revisión 2006. Instituto de Investigaciones Agropecuarias, Serie Actas INIA Nº 34, Santiago, Chile, 164 p.



Figura 1.1 Diagrama de flujo del Método preparación de la muestra 1.1.

no

si

no

Fracción >2 mm Fracción <2 mm

Homogenización de la muestra

Disgregar terrones

Muestra <2mm seca a <40±2ºC

Eliminar piedras y residuos vegetales

Esparcir ∼ 500 g en una bandeja

Secar al aire o en estufa <40±2ºC

Tamizar por 2 mm

¿presencia de terrones?

Homogeneizar

Descartar material >2mm

Disgregar en mortero si

¿Pérdida de masa en 24 h >5%?

Mezclar


CONTENIDO DE AGUA. Método 2.1: Secado a 105±5ºC (suelos) 8

2 CONTENIDO DE AGUA (gravimétrico)

2.1 Secado de suelo a 105±±±±5ºC 1 Principio y alcance 1.1 Una muestra de suelo cualquiera o la muestra de suelo secada a 40±2ºC

(obtenida en Método 1.1), se seca a una temperatura de 105± 5°C hasta masa constante. La fracción remanente corresponde al contenido de sólidos totales y la fracción evaporada, al contenido de agua. Nota 1 Se asume que la pérdida de masa del suelo a 105±5°C es agua; sin embargo, en algunos materiales, una parte del contenido orgánico se combustiona a esa temperatura y otros minerales, como el yeso, pierden agua de cristalización.

1.2 Los valores del contenido de agua de las muestras secadas a 40±2ºC se usan para corregir los resultados de los análisis que dependen de la masa, a una base de suelo seco a 105±5ºC.

1.3 Este método es aplicable a todos los tipos de suelos. 2 Equipos y materiales especiales 2.1 Estufa para secado, de preferencia con ventilación forzada de aire, capaz de

mantener una temperatura de 105º± 5°C. 2.2 Recipientes de metal o vidrio con tapa hermética, capacidad de 25 a 100 mL. 2.3 Desecador con un agente secante activo. 2.4 Balanza de precisión con una exactitud de 0,01 g. 3 Procedimiento 3.1 Pesar en un recipiente con tapa (2.2), seco y pre-pesado, de preferencia cajas

para humedad de aluminio (64 x 44 mm) 3.1.1 25 g a 50 g (exactitud 0,01 g) de suelo tal como se recibió (suelo húmedo),

esto aplica cuando se desea obtener el contenido de agua de la muestra de suelo, la muestra debe estar protegida de las perdidas por evaporación, o

3.1.2 10 g a 20 g (exactitud 0,01 g) de suelo seco a 40±2ºC y <2 mm (Método 1.1).

3.2 Colocar en la estufa (2.1) y secar destapado a 105±5°C hasta masa constante. Nota 2 Se entiende por masa constante a la masa alcanzada cuando, durante el proceso de secado, la diferencia entre dos pesadas sucesivas de la muestra fría, con un intervalo de 4 horas entre ellas, no excede del 0,1 % de la última masa determinada. Para la mayoría de las muestras, 16 a 24 horas son suficientes para alcanzar una masa constante.

3.3 Retirar de la estufa, tapar y enfriar en desecador (2.3). 3.4 Sacar del desecador y pesar inmediatamente con una exactitud de 0,01 g.



4 Cálculos 4.1 Calcular el contenido de agua del suelo según:

100(%) ×−−

=cb

baAgua

donde:

a = masa en g del suelo tal como se recibió (3.1.1) + recipiente b = masa en g del suelo seco a 105±5°C + recipiente c = masa en g del recipiente

Nota 3 Debido a que el cálculo está en base al suelo seco a 105±5ºC, el contenido de agua puede ser mayor a 100%, en la literatura “Agua (%)”, también, se conoce como; porcentaje de humedad base suelo seco (%hbss).

4.1.2 Calcular el factor de corrección por humedad según:

100

(%)Agua100Fch

+=

donde:

Agua (%) = contenido de agua (4.1)

Nota 4 Para expresar en base a suelo seco a 105±5ºC, los resultados de los análisis que dependen de la masa y que se calculan en base a suelo seco al aire, se deben multiplicar por Fch.

4.2 Suelo seco a 40±2ºC

4.2.1 Calcular el contenido de agua del suelo seco a 40±2ºC, expresado en porcentaje en base a muestra seca a 105±5ºC, según:

100h

g(%)Agua ×

−−

=±i

h C2º40 a seco suelo del

donde:

g = masa en g del suelo seco a 40±2ºC (3.1.2) + recipiente h = masa en g del suelo seco a 105±5°C + recipiente i = masa en g del recipiente



4.2.2 Calcular el factor de corrección por humedad según:

100

(%)Agua100Fhsuelo

+=

donde:

Agua (%) = contenido de agua del suelo seco a 40±2ºC (4.2.1)

Nota 5 El factor de corrección por humedad, Fhsuelo, se usa para expresar resultados en base a suelo seco a 105±5ºC. Para ello, se multiplican por Fhsuelo los resultados de los análisis que dependen de la masa y que se han determinado en el suelo seco a 40±2ºC.

5 Informes 5.1 Informar el resultado obtenido en 4.1, en porcentaje con un decimal, como:

Contenido de agua del suelo =… %, en base a la muestra tal como se recibió

Nota 6 Normalmente, no se informan los contenidos de aguas ni los factores de corrección por humedad de las muestras secas a 40±2ºC.

6 Repetibilidad

La repetibilidad de las mediciones, en duplicados separados, del contenido de agua en los suelos secos a 40±2ºC deberían satisfacer las condiciones dadas en el Cuadro 2.1 (ISO 11465).

Cuadro 2.1. Repetibilidad

Contenido de agua

%

Variación aceptable

≤ 4,0 0,2 % > 4,0 0,5 %



7 Bibliografía 7.1 ISO 11465. 1993. Soil quality. Determination of dry matter and water content on a

mass basis - Gravimetric method. International Organization for Standardization, Genève, Switzerland. 3p.

7.2 Sadzawka R., A, M.A. Carrasco R., R. Grez Z., M.L. Mora G., H. Flores P. y A. Neaman. 2006. Métodos de análisis de suelos recomendados para los suelos de Chile. Revisión 2006. Instituto de Investigaciones Agropecuarias, Serie Actas INIA Nº 34, Santiago, Chile, 164 p.

7.3 USDA (United States Department of Agriculture). 1996. Soil survey laboratory methods manual. Soil Survey Investigations Report Nº 42. Version 3.0. U.S. Department of Agriculture, Washington DC, USA, 693 p.



Figura 2.1. Diagrama de flujo del Método 2.1.

si

no

Pesar

Suelo seco a 40±2ºC Calcular:

- Contenido de agua - Fhsuelo

Base seca a 105±5ºC

Secar a 105±5ºC

Pesar 10-20 g

¿Diferencia de masa >0,1% en 4 h?

Suelo seco a 40±2ºC

<2 mm Método 1.1

Suelo recibido Calcular:

- Contenido de agua - Fch

Base seca a 105±5ºC

Muestra suelo recepcionada

Pesar 25 a 50 g


TEXTURA. Método 3.1: Método del hidrómetro (Bouyoucos) 13

3 TEXTURA O GRANULOMETRIA (Suelos)

3.1 Método del Hidrómetro (Bouyoucos)

Generalidades

El material parental de los suelos que puede tener su origen en diferentes tipos de rocas (ígneas, metamórficas, sedimentarías y/o cenizas volcánicas), es afectado por diversos procesos cuyo resultado es la transformación de estos desde su morfología y tamaño, hasta cambios en su constitución de la mineralogía de las partículas (arcillas). La organización estructural del suelo es consecuencia del arreglo de las partículas y la complejidad de este arreglo direccionado por las diferentes leyes de la física y química resultaran en los diferentes niveles de organización y evolución del cuerpo edáfico (Sandoval, 2008), así, la textura del suelo es un elemento esencial que establece y define propiedades permanentes en el largo plazo dado que se define como la proporción relativa de las distintas partículas minerales inferiores a 2 mm, que se obtienen tras la destrucción de los agregados, por clases de tamaños en fracciones granulométricas (arena, limo y arcilla).

Los términos granulometría y textura son utilizados a menudo como sinónimos; sin embargo, algunos autores reservan el término textura a la sensación que se obtiene al deslizar una muestra de suelo húmeda en las manos. La granulometría es una característica más estable y puede considerarse una determinación básica del suelo, que permite inferir propiedades y características directamente relacionadas con el uso y comportamiento del suelo, por ejemplo:

• Capacidad para almacenar nutrientes (Capacidad de intercambio de cationes, Capacidad de intercambio de aniones).

• Capacidad de retención de agua disponible para las plantas

• Capacidad de infiltración de las agua lluvias o riego

• Riesgo de erosión hídrica y/o eólica

• Facilidad de laboreo

• Capacidad de intercambio de gases

• Movimientos de elementos contaminantes

Las distintas fracciones granulométricas que se utilizan para la separación de arenas, limos y arcillas, son los propuestos por Atteberg, luego adaptados por la Internacional Society of Soil Science (ISSS) y los del United States Department of Agriculture (USDA). Los criterios que se utilizaron para establecer los límites entre las distintas fracciones se detallan en el Cuadro 3.1.



Cuadro 3.1 Criterios utilizados para establecer los límites entre las distintas fracciones

Propiedades Fracción Limite o tamaño

Las partículas se mantienen separadas, las fuerzas de cohesión aun en húmedo no actúan. Drenaje excesivo

Elementos gruesos >2,0 mm

Partículas separadas no presentan carga eléctrica en la superficie, se puede verificar en ellos la mineralogía,

Límite superior de arena fina (ISSS),

0,2 mm

Dominio de partículas de tamaño (50 – 2 µm) denominadas limo, confiere características de inestabilidad y tendencia a la compactación de los suelo.

Límite superior del limo (USDA)

0,05 mm

Partícula más pequeña visible a simple vista, se aproximó a 63 µm para mantener la proporcionalidad de la escala.

Límite superior limo (ISSS) 0,063 mm

Estas partículas presentan carga eléctrica superficial permitiendo el intercambio de cationes y aniones, superficie especifica elevada.

Límite superior arcilla 0,002 mm

Partículas que presentan carga eléctrica superficial y comportamiento coloidal, superficie específica muy elevada.

Arcillas finas 0,0002 mm

Clases texturales

Estas se refieren a las combinaciones posibles en los porcentajes de arena, limo y arcilla. Según Porta et al. (1994), al establecer cada clase se ha buscado agrupar aquellos suelos con análogo comportamiento frente al agua y la respuesta de las plantas, fijando los límites entre clases para dejar claras tal diferencias. Al establecer los nombres de las clases texturales se ha querido dejar patente que la acción de ciertas fracciones es más acentuada que la de otras, a igualdad de porcentajes, para determinar las propiedades del suelo y el comportamiento del agua y las plantas. Para representar las distintas clases texturales se usan los triángulos texturales.



1 Principio y alcance 1.1 En el método básico, también conocido como “Método de Bouyoucos”, la muestra

de suelo seca a 40±2ºC y <2 mm (método 1.1) se dispersa con hexametafosfato de sodio. Luego, se mide la densidad de la suspensión resultante con un hidrómetro después de 40 s y de 7 h de sedimentación y con las lecturas obtenidas se calcula la distribución de las partículas de arcilla, limo y arena.

1.2 El método básico es aplicable en suelos no calcáreos, no salinos y con

contenidos bajos de materia orgánica (materia orgánica <5%, ausencia carbonatos, y conductividad eléctrica (CE 1:5) <2 dS/m), seguir procedimiento (4.5).

1.3 Si el suelo presenta un contenido de materia orgánica (>5%) (Método; Sadzawka

et al., 2006), se debe eliminar la materia orgánica, seguir procedimiento (4.2). 1.4 Si el suelo es calcáreo (>5% de carbonato de calcio equivalente) y materia

orgánica (<5%) (Método; Sadzawka et al., 2006), se debe realizar pretratamientos para eliminar los carbonatos, seguir procedimiento (4.3).

1.5 Si el suelo es salino (conductividad eléctrica CE 1:5 > 2 dS/m), ausencia de

carbonatos (<5% de carbonato de calcio equivalente) y materia orgánica (<5%), (Método; Sadzawka et al., 2006), se debe realizar pretratamiento para eliminar las sales solubles, seguir procedimiento (4.4).

2 Equipos y materiales especiales 2.1 Plancha calefactora o baño de arena. 2.2 Bomba de agua o sifón. 2.3 Agitador con un vástago que gire a una velocidad de 10.000 rpm. 2.4 Probetas para sedimentación de 1 L (Jarra Hidrómetro ASTM 422. AASHTO T-88, con borde grueso calibrado a 1000 ml). 2.5 Termómetro 0-50°C. 2.6 Bagueta de un largo aproximado de 60 cm y provista de un disco perforado en un

extremo. 2.7 Hidrómetro estándar (ASTM Nº 1, 152 H), con escala Bouyoucos en g/L. 2.8 Vaso de vidrio de 400 – 600 mL. 2.9 Balanza de precisión con una exactitud de 0,01 g.



3 Reactivos 3.1 Solución dispensante.

Disolver 50 g de hexametafosfato de sodio, (Na PO3)6, en agua agregando lentamente el polvo sobre alrededor de 800 mL de agua con agitación constante. Diluir a 1 L. Como alternativas de dispersantes se puede utilizar pirofosfato de sodio o hidróxido de sodio.

3.2 Agua oxigenada (peróxido de hidrógeno), H2O2, 30%. Opcional. 3.3 Ácido acético, CH3COOH, 100%. 3.4 Ácido acético, CH3COOH, 1+1 (mezclar volúmenes iguales de ácido acético 100%

(3.3) y agua). 4 Procedimiento 4.1 Examinar los resultados obtenidos en los análisis del suelo de materia orgánica

(Método descrito por: Sadzawka et al., 2006) y de conductividad eléctrica (Método descrito por: Sadzawka et al., 2006) y verificar la presencia de carbonatos por el burbujeo producido al agregar gotas de ácido acético 1+1 (3.4) a una porción de muestra de suelo.

4.1.1 Si los resultados indican:

− materia orgánica <5%, − ausencia carbonatos, y − conductividad eléctrica (CE 1:5) <2 dS/m.

Continuar con “Método básico” (punto 4.5). 4.1.2 Si los resultados indican:

− materia orgánica >5% Continuar con “Eliminación de la materia orgánica” (punto 4.2). 4.1.3 Si los resultados indican:

− presencia carbonatos. Continuar con “Eliminación de carbonatos” (punto 4.3). Nota 1 Generalmente, se requiere la eliminación de carbonatos solamente cuando el carbonato de calcio equivalente es superior a 5%. Pero, será el analista el que decida cuándo se deben eliminar los carbonatos.

4.1.4 Si los resultados indican:

− conductividad eléctrica (CE 1:5) >2 dS/m. Continuar con “Eliminación de las sales solubles” (punto 4.4).

4.2 Eliminación de la materia orgánica.

4.2.1 Pesar 40 g a 50 g (exactitud 0,1 g) de muestra de suelo seca a 40±2ºC y <2 mm (Método 1.1) en un vaso de vidrio de 400-600 mL.



4.2.2 Agregar alrededor de 50 mL de agua. 4.2.3 Agregar 10 mL de agua oxigenada (3.2) y cubrir con un vidrio de reloj. 4.2.4 Dejar que la reacción inicial se complete y colocar sobre una plancha

calefactora (2.1). Nota 2 Si la espuma excede la capacidad del vaso, trasladar a uno de mayor capacidad.

4.2.5 Calentar a menos de 90ºC y agregar porciones de 5 mL de agua oxigenada (3.2) cada 30 min hasta que no se observe reacción.

4.2.6 Hervir suavemente durante una hora para eliminar el exceso de agua oxigenada.

4.2.7 Enfriar, dejar sedimentar y eliminar el sobrenadante con un sifón (4.2). 4.2.8 Continuar procesando el residuo según las siguientes alternativas:

4.2.8.1 Si el suelo es alto en carbonatos, continuar con el punto 4.3.2. 4.2.8.2 Si el suelo no contiene carbonatos, pero es salino, continuar con el

punto 4.4.2. 4.2.8.3 Si el suelo no contiene carbonatos y es no salino, continuar con el

punto 4.5.2. 4.3 Eliminación de carbonatos.

4.3.1 Pesar 40 g a 50 g (exactitud 0,1 g) de muestra de suelo seca a 40±2ºC y <2 mm (Método 1.1) en un vaso de vidrio de 400-600 mL.

4.3.2 Agregar alrededor de 100 mL de agua. 4.3.3 Agregar 5 mL de ácido acético 100% (3.3) y agitar. 4.3.4 Si es necesario, agregar nuevas porciones de ácido acético 100% (3.3)

hasta que cese el burbujeo. Agitar. 4.3.5 Dejar reposar durante la noche. 4.3.6 Eliminar el sobrenadante con un sifón o filtrar al vacío. 4.3.7 Lavar el residuo con agua. 4.3.8 Repetir el lavado hasta que el pH del sobrenadante o del filtrado sea

cercano a 7. 4.3.9 Transferir el residuo a un vaso de 400-600 mL, usando una piseta con

agua hasta completar un volumen de alrededor de 100 mL. 4.3.10 Continuar con el punto 4.5.3.

4.4 Eliminación de sales solubles. 4.4.1 Pesar 40 g a 50 g (exactitud 0,1 g) de muestra de suelo seca a 40±2ºC y

<2 mm (Método 1.1) en un vaso de vidrio de 400-600 mL. 4.4.2 Agregar alrededor de 200 mL de agua y agitar. 4.4.3 Eliminar el sobrenadante o filtrar al vacío y lavar el residuo con agua. 4.4.4 Repetir el lavado hasta la eliminación de las sales.

Nota 3 Evitar el exceso de lavado porque se puede producir pérdida de arcilla a través del filtro.

4.4.5 Transferir cuantitativamente el residuo a un vaso de 400-600 mL, usando una piseta con agua hasta completar un volumen de alrededor de 100 mL.



4.4.6 Continuar con el punto 4.5.3. 4.5 Método básico. Si los resultados de la muestra de suelo por analizar indican: materia orgánica

<5%, ausencia carbonatos, y conductividad eléctrica (CE 1:5) <2 dS/m (Sadzawka et al., 2006), continuar como sigue:

4.5.1 Pesar 40 g a 50 g (exactitud 0,1 g) de muestra de suelo seca a 40±2ºC y

<2 mm (Método 1.1) en un vaso de vidrio de 400-600 mL. Incluir un blanco.

4.5.2 Agregar alrededor de 100 mL de agua. 4.5.3 Agregar 100 mL de solución dispersante (3.1). Mezclar. 4.5.4 Dejar reposar durante la noche. 4.5.5 Transferir cuantitativamente al vaso del agitador (2.3) y agitar por 2-10

min. Nota 4 El tiempo de agitación depende del tipo de muestra, siendo máximo en suelos arcillosos.

4.5.6 Transferir cuantitativamente a una probeta de sedimentación (2.4) y diluir a 1 L.

4.5.7 Mezclar bien levantando y bajando la bagueta (2.6) una diez veces en la suspensión. Nota 5 Si se forma espuma, agregar unas gotas de alcohol.

4.5.8 Inmediatamente introducir el hidrómetro y registrar su lectura a los 40 s de terminada la agitación.

4.5.9 Sacar el hidrómetro y medir la temperatura de la suspensión. 4.5.10 Dejar reposar durante 7 h. 4.5.11 Introducir el hidrómetro y registrar su lectura. 4.5.12 Sacar el hidrómetro y medir la temperatura de la suspensión.

5 Cálculos 5.1 Calcular el contenido de limo + arcilla, en %, según:

[ ] [ ]100

)01,01(

)35,0)20()35,0)20(()%(lim 40404040 ×

×−×

×−−−×−−=+

MOm

tLbtLaarcillao sbssas

donde:

La40s = lectura, en g/L, de la muestra a los 40 s Lb40s = lectura, en g/L, del blanco a los 40 s ta40s = temperatura, en ºC, de la muestra a los 40 s tb40s = temperatura, en ºC, del blanco a los 40 s 0,35 = factor de corrección por temperatura (ver nota 6) m = masa, en g, de muestra corregida por su contenido de agua (Fch o Fhsuelo) MO = materia orgánica, en % (Método; Sadzawka et al., 2006), (ver nota 7)



Nota 6 La literatura informa factores de corrección por temperatura que varían entre 0,3 g/L y 0,5 g/L por cada ºC sobre o bajo los 20 ºC, la cual corresponde a la temperatura de calibración del hidrómetro. Nota 7 El término “0,01xMO” del denominador de la fórmula se incluye solamente si en el procedimiento se eliminó materia orgánica.

5.2 Calcular el contenido de arcilla, en %, según:

[ ] [ ]100

)01,01(

)35,0)20(()35,0)20((%)( 77277 ×

×−×

×−−−×−−=

MOm

tLbtLaarcilla hbhhah

donde:

La7h = lectura, en g/L, de la muestra a las 7 h Lb7h = lectura, en g/L, del blanco a las 7 h ta7h = temperatura, en ºC, de la muestra a las 7 h tb7h = temperatura, en ºC, del blanco a las 7 h 0,35 = factor de corrección por temperatura (ver nota 6) m = masa, en g, de muestra corregida por su contenido de agua (Fch o Fhsuelo) MO = materia orgánica, en % (Método; Sadzawka et al., 2006) (ver nota 7) Aplicar las Notas 6 y 7.

5.3 Calcular el contenido de limo, en %, según:

Limo (%) = (limo + arcilla) – (arcilla)

donde: (limo + arcilla) = (limo + arcilla), en %, calculado en 5.1 (arcilla) = arcilla, en %, calculado en 5.2

5.4 Calcular el contenido de arena, en %, según:

arena (%) = 100 – (limo + arcilla)

donde: (limo + arcilla) = (limo + arcilla) % calculado en 5.1



6 Informes 6.1 Informar los resultados obtenidos en 5.2, 5.3 y 5.4, con un decimal, como:

Arcilla (<0,002 mm) = … % Limo (0,002 mm a 0,05 mm) = … % Arena (>0,05 mm) = … %

Textura según USDA. 7 Bibliografía 7.1 Day, P. R. 1965. Particle frationation and particle-size analysis. In: Black, C.A. (ed)

Methods of soil analysis, Part I, Agronomy Nº 9, American Society of Agronomy, Madison, WI, USA, p. 545-567.

7.2 Dewis, J. and F. Freitas. 1970. Physical and chemical methods of soil and water analysis. FAO, Soils Bulletin Nº 10, Rome, Italy. 275 p.

7.3 Porta, J., M. López y C. Roquero. Edafología para la agricultura y el medio ambiente. Ediciones Mundi-Prensa. Madrid, España. 1994. 807p.

7.4 Sadzawka R., A, M.A. Carrasco R., R. Grez Z., M.L. Mora G., H. Flores P. y A. Neaman. 2006. Métodos de análisis de suelos recomendados para los suelos de Chile. Revisión 2006. Instituto de Investigaciones Agropecuarias, Serie Actas INIA Nº 34, Santiago, Chile, 164 p.

7.5 Sandoval, M. Manejo de suelos en zonas áridas. (Eds.) Quezada, C., M. Sandoval y E. Zagal. Estructura y agregación en los suelos. Universidad de Concepción (ISBN 956-227-293-1). Chillán, Chile. 2008. p118.

7.6 Sheldrick, B.H. and C. Wang. 1993. Particle size distribution. In: Carter, M.R. (ed.) Soil sampling and methods of analysis. Chapter 47. Canadian Society of Soil Science. Lewis Publishers, p. 499-511.

7.7 USDA (United States Department of Agriculture). 2004. Soil survey laboratory methods manual. Soil Survey Investigations Report Nº 42. Version 4.0. U.S. Department of Agriculture, Washington DC, USA, 700p.



Figura 3.1.Diagrama de flujo del Método 3.1. (continúa...)

Agregar 5 mL de ácido acético

Pesar 50 g

Agregar 50 mL de agua

Suelo seco a

40ºC±2ºC <2 mm

Método 1.1

¿Materia orgánica >5%?

no

si

no

si

si

no

Agregar 10 mL de H2O2

Calentar a <90ºC

Agregar porciones de 5 mL de H2O2

Hervir por 1 h

Enfriar

Dejar sedimentar

Eliminar sobrenadante Pesar 50 g

Agregar 100 mL de agua

Dejar reposar durante la noche

Eliminar sobrenadante

Lavar con agua hasta pH >6

¿ Carbo-nato alto?

3

¿Carbo-nato alto?

¿El suelo es

salino?

2

1

3

no

si



Figura 3.1. Diagrama de flujo del Método 3.1. (continuación)

1 ¿CE 1:5

>2 dS/m?

si

no

Pesar 50 g

Agregar agua hasta ~200 mL

Filtrar al vacío

Lavar el residuo


2

Pesar 50 g

Agregar 100 mL de dispersante

3


Agitar en la batidora 2-10 min

Diluir en la probeta a 1 L

Mezclar bien

Introducir el hidrómetro y leer a los 40 s

Medir la temperatura

Dejar reposar 7 h

Leer en el hidrómetro

Medir la temperatura

Calcular e informar



CLASE TEXTURAL. Método 3.2; ARENAS. Método 4.1 23

3.2 Clase textural 1 Principio y alcance 1.1 Los resultados obtenidos con el Método del hidrómetro (Método 3.1) se utilizan en

un triángulo denominado “triángulo textural”, que consiste en un gráfico de tres ejes que representan al contenido de arcilla, limo y arena, respectivamente, y que está dividido en una serie de áreas correspondientes a las diversas clases texturales.

1.2 Este método es aplicable a los análisis de textura en suelos. 1.3 Existen varios tipos de triángulos texturales, pero el más utilizado en Chile es el

del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA). 2 Procedimiento 2.1 Seleccionar los resultados de dos de las fracciones determinadas por el Método

3.1. 2.2 Interpolar el porcentaje de una de las fracciones seleccionadas en el eje

correspondiente del triángulo textural (Figura 3.2.1). 2.3 Desde el punto interpolado, trazar una paralela al eje de la otra fracción

seleccionada. 2.4 Interpolar en la paralela el porcentaje de la segunda fracción seleccionada. 2.5 Leer la clase textural del área de ubicación del punto. 3 Informes 3.1 Informar el resultado obtenido en 2.5, como:

Clase textural del suelo = …. 4 Bibliografía 4.1 Soil Survey Staff. 2006. Keys to Soil Taxonomy, 10th ed. USDA-Natural Resources

Conservation Service, Washington, DC, USA, 333 p.



Tamaño de las partículas en mm. Arena : 0,050 - 2,00 Limo : 0,002 - 0,05 Arcilla : <0,002

A r e n a

100

90

80

70

50

60

40

30

20

10

102030

405060708090100

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

A r c i l l a

L i m o

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2

4

6

8

2

4

6

8

2

4

6

8

2

4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

Arcillosa

Arcillolimosa

Arcilloarenosa

Francoarcillo arenosa

Francoarcillosa

Francoarcillo limosa

Franco arenosa

Franca

Franco limosa

LimosaArenosofrancaArenosa

A r e n a

100

90

80

70

50

60

40

30

20

10

102030

405060708090100

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

A r c i l l a

L i m o

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2

4

6

8

2

4

6

8

2

4

6

8

2

4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

Arcillosa

Arcillolimosa

Arcilloarenosa


Francoarcillosa


Franco arenosa

Franca

Franco limosa


100

90

80

70

50

60

40

30

20

10

102030

405060708090100

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

A r c i l l a

L i m o

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

8

6

4

2

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2

4

6

8

2

4

6

8

2

4

6

8

2

4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

2 4

6

8

Arcillosa

Arcillolimosa

Arcilloarenosa


Francoarcillosa


Franco arenosa

Franca

Franco limosa


Figura 3.2. Triángulo textural (USDA).



4. ARENA (suelos)

4.1 Determinación de arena (granulometría)

1 Principio 1.1 La muestra de suelo seca a 40ºC, tamizada <2 mm (método 1.1) y sometida a

dispersión química- mecánica se lava con agua sobre un tamiz con orificios de 0,05 mm . La fracción que no pasa por el tamiz se seca y se pesa.

1.2 Este es un método semicuantitativo para ser aplicado en potenciales suelos receptores de lodos y otros requerimientos.

1.3 Se puede utilizar para determinar los distintos tamaños de arena de una muestra. 2 Equipos y materiales especiales 2.1 Agitador con un vástago que gire a una velocidad de 10.000 – 18.000 rpm. 2.2 Tamiz de acero inoxidable o de otro material inerte, con orificios de 0,05 mm

(recomendable diámetro 8”) o los tamices que se requieran para caracterizar distintos tamaños de arena.

2.3 Guantes de goma. 2.4 Piseta 2.5 Estufa para secado capaz de mantener una temperatura de 105 ± 5°C. 2.6 Balanza de precisión con una exactitud de 0,01 g. 3 Reactivos 3.1 Solución dispensante. Disolver 50 g de hexametafosfato de sodio, (Na PO3)6, en agua agregando

lentamente el polvo sobre alrededor de 800 mL de agua con agitación constante. Diluir a 1 L. También, puede usarse como solución dispersante NaOH 0,5 N

4 Procedimiento 4.1 Pesar 50 g (exactitud 0,01 g) de muestra de suelo seca a 40±2ºC y <2 mm

(Método 1.2) en un vaso de vidrio de 400-600 mL. Tener presente el punto 4.10. 4.2 Agregar 100 mL de solución dispersante (3.1). Mezclar. 4.3 Dejar reposar durante la noche. 4.4 Transferir cuantitativamente al vaso del agitador (2.1), agregar 150 mL de agua y agitar por 2 min (agitar para suelos arcillosos 18 000 rpm, suelo texturas



intermedias 16.000 rpm y arenosos 13.000 rpm). 4.5 Transferir sobre el tamiz de 0,05 mm (2.2) o al set de tamices requerido. 4.6 Lavar bajo el chorro del agua potable, disgregando los agregados con las manos

protegidas con guantes (2.3). 4.7 Trasladar cuantitativamente la fracción que queda sobre el tamiz a una cápsula

prepesada con la ayuda de una mínima cantidad de agua (usar de preferencia frasco lavador “piseta” ) .

4.8 Secar en una estufa con aire forzado a 105ºC hasta peso constante. 4.9 Enfriar y pesar. 4.10 Se debe tener las siguientes consideraciones:

4.10.1 Si los resultados indican: - materia orgánica >5% (Método; Sadzawka et al., 2006)

Continuar con “Eliminación de la materia orgánica” (4.1.2) 4.10.2 Si los resultados indican:

- presencia carbonatos. Continuar con “Eliminación de carbonatos” (4.1.9). Generalmente, se requiere la eliminación de carbonatos solamente cuando el carbonato de calcio equivalente es superior a 5%. Pero, será el analista el que decida cuándo se deben eliminar los carbonatos.

Para su eliminación, ver Método 3.1.

5 Cálculos 5.1 Calcular el contenido de arena total (>0, 05 mm) o de cada fracción según:

100m

c-a(%) Arena ×=

donde:

a = masa, en g, del residuo seco + cápsula c = masa, en g, de la cápsula m = masa, en g, de muestra corregida por su contenido de agua (Fch o

Fhsuelo)

6 Informes 6.1 Informar el resultado obtenido en 5.1, con un decimal, como:

Arena = … %

O especificar el tamaño de arena y su porcentaje



Figura 4.1. Diagrama de flujo del Método 4.1.

Calcular e Informar

Colocar sobre un tamiz de 0,05 mm

Pesar 50 g

Lavar con agua

Secar a 105±5ºC el material remanente

(>0,05 mm)

Pesar

Suelo seco a

40ºC±2ºC <2 mm

Método 1.1

Agregar 100 mL de dispersante


Agregar 150 ml de agua y agitar

Depositar en vaso precipitado 500 mL


DENSIDAD APARENTE Y DENSIDAD REAL 28

5 DENSIDAD APARENTE

Generalidades La densidad aparente de los suelos corresponde a la densidad del sistema trifásico, se expresa como la razón entre la masa de las partículas (Ms) y el volumen total de suelo (Vt), incluidos los espacios porosos entre las partículas. La unidad usada en el Sistema Internacional es el Megagramo por metro cúbico (Mg m-3). Su medición es necesaria para:

− La conversión de datos base-masa a base-volumétrica y para el cálculo del volumen del suelo o, viceversa.

− Calcular la masa de un determinado espesor de suelo, con el objeto de racionalizar y evaluar las aplicaciones de fertilizantes u otros agroquímicos, además de la aplicación de tasas de riego

− Calcular el estado de la porosidad del suelo. La densidad aparente de una muestra de suelo se calcula con dos mediciones cuantitativas, a saber, la masa de los sólidos después de un secado a estufa y el volumen total del suelo. La masa de los sólidos es determinada por pesada, mientras que para el volumen existen distintas aproximaciones. La más recurrente es la toma de muestra con un volumen conocido (método del cilindro), que considera el espacio poroso entre los agregados, pero que tiene el problema de compactar la muestra cercana a las paredes del cilindro. Para suelos pedregosos, donde el muestreo con cilindro se dificulta, o cuando se desea conocer la porosidad exclusiva del agregado, se utiliza el método del terrón, en el cual una cobertura de parafina sólida sobre el agregado permite sumergirlo en agua y, por diferencias entre pesadas, determinar el volumen desplazado. Finalmente, en suelos muy pedregosos o en exceso friables (arenosos u orgánicos), donde no es posible muestrear con cilindro o extraer agregados sin que éstos se desarmen, se puede utilizar el método de la excavación, en el que el volumen ocupado por la muestra se determina a través de diferencias de volumen de otro material (agua o arena, principalmente). Como se considera el espacio poroso, las metodologías empleadas para estimar esta propiedad deben considerar una muestra lo menos alterada posible, sin compresiones, deformaciones o secados intensos que afecten el resultado. También es necesario tener presente si se desea calcular la densidad aparente de todo el volumen suelo o sólo de la fracción menor a 2 mm. Para efectos de movimiento de tierras y cubicación de materiales, se necesita la densidad aparente de todo el material; para efecto de cálculos de dosis de fertilizantes o volúmenes de aplicación de residuos o contaminantes, es suficiente considerar la densidad de la fracción menor a 2mm. Sin embargo, por lo general se debe informar la densidad aparente del suelo, es decir, considerando las partículas mayores a 2 mm.



5.1 Método del cilindro 1 Principio y alcance 1.1 Es el método por el cual se debiese optar idealmente, dada su representatividad

de la matriz de suelo; sin embargo, no siempre es factible de realizar, dada la necesidad de tiempo y materiales extras para el muestreo.

1.2 Consiste en insertar un cilindro en el suelo, obteniendo la muestra desde su

interior, la cual permanece estable dada su coherencia y adhesividad; en caso contrario (suelos saturados, suelos arenosos) es necesario complementar la toma de muestra con el uso de espátulas. El suelo debe ser lo suficientemente frágil para ser cortado por el cilindro sin sufrir alteraciones importantes, condición que se logra en un suelo húmedo; por otra parte, el contenido de agua no debe ser excesivo, de manera tal de evitar densificación o sellado al momento del muestreo, especialmente si la muestra será utilizada para otras determinaciones (como por ejemplo, flujo de agua o aire).

1.3 Es necesario considerar el adecuado diseño del cilindro. Éste debe poseer un

volumen representativo y una relación altura:diámetro adecuada para evitar la densificación del suelo al momento del muestreo, manteniendo una condición adhesiva para el transporte y posteriores mediciones. Guenther (1991) indica un aumento en el valor de la densidad aparente en torno a un 10% por efecto del roce con las paredes que se genera al enterrar el cilindro, lo que dependerá del diseño de éste. Ellies (1990) indica volúmenes y la relación de aspecto de distintos tipos de cilindros utilizados para muestreo de densidad aparente (Cuadro 5.1).

Cuadro 5.1. Efecto del roce en cilindros con distinto volumen. Volumen (cm3)

Altura h (cm)

Diámetro d (cm)

Relación h/d

Roce de las paredes

100 5,1 5 ≈ 1,0 Alto (retenido firme en el anillo) 100 1,6 9 ≈ 0,2 Muy bajo (suelto en el anillo) 200 3,1 9 ≈ 0,3 Bajo 250 3,9 9 ≈ 0,4 Bajo 300 4,7 9 ≈ 0,5 Mediano

Cilindros de entre 100 y 300 cm3 cumplen con ser representativos de las propiedades asociadas al suelo y al manejo. Cilindros más pequeños generarán resultados con una alta variabilidad debido al efecto de microescala (Leiva, 2009), mientras que cilindros de mayor tamaño dificultan su transporte y posterior análisis, pudiendo incluso aumentar su variabilidad en sistemas heterogéneos (Bear, 1972). Para mantener este volumen y facilitar el muestreo por horizontes de suelo, la altura del cilindro no debiese ser mayor a 5 cm aunque, dependiendo del objetivo del análisis y de lo que se quiere representar, podría llegar hasta 15 cm; cilindros de mayor altura son utilizados por ingenieros y geólogos, por lo que no poseen una aplicación agrícola. La relación h:d debiese variar entre 0,3 y 1,0 y



nunca mayor a esta última; si bien valores de h:d cercanos a 1 generan un alto roce con las paredes del cilindro, a su vez aseguran una buena adhesión a éste para efectos de transporte y manipulación en otros análisis, como la curva característica del suelo.

1.4 El cilindro debe poseer paredes en torno a 0,6 mm de espesor, con un bisel en su

extremo inferior y ser lo suficientemente liso en su interior para evitar roce con el suelo y facilitar su inserción en éste. Idealmente debe ser de acero inoxidable para asegurar su durabilidad; una alternativa económica lo constituye el PVC clase 6 o más, aunque su flexibilidad los hace deformables y fáciles de romper.

1.5 Resulta práctico tener una identificación del cilindro a través de un número,

complementado con una base de datos con sus dimensiones y masa, lo que evita el uso de etiquetas al momento de tomar la muestra.

1.6 La inserción en el suelo es a través de un porta cilindro, que corresponde a una

pieza de metal dentro de la cual se coloca el cilindro, dejando una cámara (volumen para el exceso de suelo) con un orificio al exterior en la parte superior, para evitar así una posible compactación. Los diseños son variados, pudiendo existir porta cilindros simples o de doble cámara (Fotografía1), con inserción a golpes o mediante algún sistema hidráulico.

Fotog. 1. Portacilindro y cilindros insertados en el suelo listos para su extracción. Las muestras de los horizontes superficiales ya fueron colectadas.

La orientación del cilindro (vertical o, en el caso de estar dentro de una calicata, horizontal u oblicuo) dependerá de si se desea caracterizar sólo la densidad aparente o si se busca realizar otras mediciones complementarias que registren el flujo de agua o aire. Para densidad aparente (magnitud escalar) no afecta la orientación de la muestra; sin embargo, para otros análisis (flujo de agua o aire, correspondientes a magnitudes vectoriales) no da lo mismo tomar una muestra vertical o perpendicular a la superficie, ya que la magnitud del flujo dependerá del tipo de estructura que presente el suelo (Dörner y Horn, 2006).



2 Equipos y materiales especiales 2.1 Cilindros de muestreo. 2.2 Porta cilindro y martillo. 2.3 Pala y espátula. 2.4 Cuchillo de dientes serrados u hoja de sierra. 2.5 Tijeras. 2.6 Bolsas plásticas, etiquetas, marcador (optativo: tapas para el cilindro ó alusa-plast). 2.7 Balanza de precisión con una exactitud de 0,01 g. 2.8 Cápsula de aluminio para secado en estufa. 2.9 Estufa de secado a 105ºC. 2.10 Probeta graduada (aproximadamente 20±0,5 mL) y arena de cuarzo de 260 µm. 3 Reactivos No se requieren reactivos. 4 Procedimiento 4.1 Ubicar un sitio de muestreo representativo. Despejar la superficie de restos

vegetales, pedregosidad superficial o artefactos que entorpezcan el muestreo. 4.2 Distribuir los cilindros sobre la superficie en función de las repeticiones deseadas e

insertarlos mediante golpes regulares hasta que el suelo dentro del cilindro sobrepase ligeramente la parte superior de éste. Si el cilindro no entra, proceder según sub capítulos 5.2 Método del terrón ó 5.3 Método de la excavación. Nota 1 Idealmente controlar la energía del golpe a través de una masa con altura de caída constante.

4.3 En forma cuidadosa, excavar el suelo alrededor del cilindro y extraerlo con pala,

cuchillo agrológico o espátula, asegurándose que también quede exceso de suelo en la parte inferior.

4.4 Enrasar ambos extremos cuidadosamente, cortando el exceso de suelo con un

cuchillo de dientes serrados, inicialmente en forma oblicua, y poco a poco acercándose a la proyección plana del borde del cilindro, hasta que no sobresalgan partículas por sobre dichos bordes; remover también el suelo adherido a la pared externa del cilindro. Si se dificulta el enrase y se pierde parte del volumen del cilindro, proceder según punto 4.9. Si sobresale levemente algún clasto y no se puede repetir el muestreo con el cilindro, proceder según punto 4.10.

4.5 Si hay raíces que impiden el enrase del cilindro, cortar cuidadosamente con una

tijera.



4.6 Cerrar el cilindro con sus tapas o con alusa plast, o bien vaciar su contenido a una

bolsa plástica previamente identificada y cerrar para su transporte. 4.7 Una vez en el laboratorio, trasvasijar completamente el contenido de la bolsa a

una cápsula previamente identificada y de masa conocida (Mc). Nota 2 Si la muestra se transportó en el cilindro y se utilizó para algún otro análisis, proceder de la misma manera, trasvasijando su contenido a la cápsula previamente identificada.

4.8 Llevar la cápsula a estufa (aproximadamente 24 horas a 105ºC) y tomar la masa

de la cápsula con el suelo seco (Mc+ss). Si se requiere determinar la densidad aparente de las partículas menores a 2 mm, proceder según punto 4.7 del sub capítulo 5.3 Método de la excavación. Nota 3 Si bien para el resultado de densidad aparente se requiere de la masa de suelo seco a 105ºC, se puede aprovechar la misma muestra para determinar el contenido de agua con que se encontraba el suelo al momento del muestreo, para ello registrar la masa de la cápsula con el suelo húmedo (Mc+sh) y calcular de acuerdo al Método 2.1.

4.9 En caso de muestras con un volumen menor al del cilindro, proceder como sigue:

4.9.1 Transportar la muestra al laboratorio dentro del cilindro. 4.9.2 Determinar el volumen faltante rellenando el cilindro con arena de 260 µm

(Grossman y Reinsch, 2002), la cual se trasvasija desde una probeta graduada, de manera de calcular por diferencia el volumen de arena utilizado en rellenar el volumen faltante (Hartge y Horn, 2009).

4.9.3 Eliminar la arena utilizada, trasvasijar la muestra a una cápsula de masa co-nocida y secar la muestra aproximadamente 24 horas a 105ºC.

4.9.4 Descontar el volumen de arena utilizada al volumen del cilindro. 4.10 En caso que sobresalga ligeramente algún clasto y no se haya podido repetir el

muestreo, proceder como sigue: 4.10.1 Extraer cuidadosamente el clasto, tratando de disturbar lo menos posible la

muestra. 4.10.2 Pesar el clasto y calcular el volumen faltante siguiendo el procedimiento

descrito en el punto 4.9. Nota 4 Pequeños excesos o pérdidas de volumen pueden ser considerados dentro de la variabilidad del método, sólo cuando se hace muy evidente a la vista un clasto o un volumen faltante, proceder a corregir según puntos 4.9 y 4.10, teniendo presente que la corrección por este método es imperfecta y sólo debe realizarse si el clasto estaba aislado dentro de la matriz del suelo, sobresale ligeramente por sobre el borde del cilindro y ocupa un volumen considerable de éste. Si bien la presencia de clastos dentro del cilindro genera una mayor variabilidad en la determinación de la densidad aparente, dependerá del criterio del operario si se repite el muestreo. Si el clasto estaba aislado dentro de la matriz del suelo pero se hizo muy evidente dentro del cilindro, idealmente se debiese optar por repetir la muestra; si el suelo presenta clastos comunes, se puede optar por el método del terrón o de la excavación; si el clasto estaba aislado dentro de la matriz del suelo y se hizo evidente dentro del cilindro una vez que se desarmó la muestra, esta determinación se debiese eliminar.



5 Cálculos 5.1 Calcular la densidad aparente por el método del cilindro (Dac) según:

Dac = Mss / Vt [Mg m-3]

Donde: Mss = masa del suelo seco (Mc+ss – Mc) en g. Vt = volumen total de la muestra en cm3. Nota 5 El volumen total de la muestra (Vt) se considera equivalente al volumen del cilindro: Vt = π ⋅ (radio)2 ⋅ altura

5.2 En caso de haber seguido el procedimiento 4.9, descontar el volumen faltante del

volumen total (Vt). 5.3 En caso de haber seguido el procedimiento 4.10, descontar la masa del clasto de

la masa total (Mss) y el volumen faltante del volumen total (Vt). 5.4 En caso de haber seguido el procedimiento 4.7 y el cálculo 5.2 detallados en el

sub capítulo 5.3 Método de la excavación, descontar tanto la masa del numerador como el volumen del denominador de las partículas > 2 mm, de manera de determinar la densidad aparente de las partículas < 2 mm.

6 Informes e interpretación 6.1 Informar los resultados como “densidad aparente”, indicando el método entre

paréntesis (cilindro), con valores en [g cm-3] o, de acuerdo al sistema internacional, en [Mg m-3], los cuales son equivalentes, utilizando dos decimales. De no solicitarse lo contrario, se debiese informar la densidad aparente del suelo (incluidas partículas mayores a 2 mm).

6.2 Si bien la densidad aparente es una propiedad que depende, entre otros, de la

estructura, contenido de agua, mineralogía y clase textural del suelo, existen valores típicos esperables, los cuales se presentan en el Cuadro 5.2.



Cuadro 5.2. Valores esperables de densidad aparente (Da) por el método del cilindro.

Suelo Da cilindro (Mg m-3)

Rango observado en suelos (Mg m-3)

Arenoso 1,55 1,4 – 1,9 Franco arenoso 1,40 1,4 – 1,8 Franco 1,20 1,4 – 1,7 Franco limoso 1,15 1,3 – 1,6 Arcilloso 1,05 0,9 – 1,4 Volcánico <0,90 0,3 – 0,95 Orgánico 0,3 0,15 – 0,45 Compactado >1,60 1,50 – 1,90 Panes 1,80 1,60 – 2,20

Adaptado de: Casanova et al. (2008); Skopp (2002).

Los suelos francos, al poseer una alta heterogeneidad en su composición de tamaño de partículas, pueden llegar a presentar valores elevados de densidad aparente, ya que las partículas finas ocupan el espacio que queda entre las partículas gruesas, logrando empaquetamientos densos. Nota 6 El uso de la densidad aparente como un indicador de la compactación del suelo debe ser tomado con precaución, siendo necesario complementarlo con otro tipo de mediciones, como la distribución de tamaño de poros, la resistencia a la penetración o la capacidad de flujo de agua o aire.

7 Repetitibilidad 7.1 La determinación de la densidad aparente por el método del cilindro genera

valores de coeficiente de variación (CV) en rangos de 3 a 26% (Jury et al., 1991). Sin embargo, dependiendo del manejo y de las condiciones de muestreo, la variabilidad puede ser aún mayor, por lo que se requiere especial cuidado al momento de la elección del sitio y de la toma de las muestras. Si se desea representar la variabilidad del suelo y se toman muestras al azar (colectando, por ejemplo, sobre hilera y huella de tractor en una misma unidad de muestreo) es normal tener valores de CV mayores a los señalados por la literatura.



5.2 Método del terrón 1 Principio y alcance 1.1 Es el método alternativo cuando no se disponen de cilindros o cuando no están los

recursos para trasladar volumen y masa extra de suelo, por lo que de una misma muestra fertilidad u otros análisis se pueden extraer los agregados necesarios. También es útil si se desea conocer la densidad de los agregados de un tamaño determinado.

1.2 Consiste en recubrir un agregado con una película de parafina sólida para,

mediante pesadas en aire y agua, determinar el volumen desplazado (Blake y Hartge, 1986). En general se requieren al menos tres repeticiones por situación a analizar (es decir, aproximadamente tres terrones dan la certeza obtenida con 1 muestra de cilindro); además se requiere disponer de terrones extras para la determinación de contenido de agua de éstos (USDA, 2004).

La técnica en la actualidad considera el uso de una resina especial (Saran), la cual se puede preparar en terreno, de manera de recubrir los agregados inmediatamente después del muestreo. Esta resina es semi permeable y plástica, lo que permite determinar con un mismo terrón la densidad aparente con distintos estados de equilibrio mátrico (tensión interna) para amalizar el efecto de la contracción del suelo sobre la densidad a medida que éste se seca (Grossman y Reinsch, 2002); sin embargo, el uso de parafina sólida o cera de abejas permite obtener buenos resultados. Es necesario conocer la densidad de estos materiales; en el caso del Saran, su densidad seca al aire es de 1,3 g cm-3, en cambio la parafina sólida posee una densidad de 0,8 g cm-3.

1.3 Al momento del muestreo el suelo se debe encontrar idealmente en una condición

friable, de manera de obtener agregados que no se densifiquen al hacer palanca con la herramienta de muestreo y se logre una ruptura en los planos de falla naturales.

1.4 Es necesario realizar su traslado y manipulación en forma cuidadosa,

especialmente en suelos de clases texturales gruesas o con altos contenidos de materia orgánica, de lo contrario se destruirán.

1.5 El tamaño del agregado puede variar según el interés perseguido y su facilidad de

manipulación; por ejemplo, caracterizar la densidad de un tamaño generado por actividad biológica o antrópica (tamaños mínimos, de 0,5 cm de diámetro), estudiar jerarquía de agregación (tamaños variables para establecer la relación entre tamaño y densidad) o aproximarse al valor obtenido con cilindro (tamaños máximos, de hasta 10 cm de diámetro).

1.6 Dado que densidad aparente por el método del terrón considera el volumen

ocupado por el agregado y no por la matriz de suelo, descartando el espacio



poroso grueso ubicado entre los agregados, es normal que sus valores sean mayores a los obtenidos por el método del cilindro, especialmente en suelos bien estructurados (Brady y Weil, 2000).

1.7 Al momento de realizar la determinación es necesario estandarizar el estado

energético del agua del suelo, debido a que es normal que se generen contracciones por secado. Es así como se pueden realizar determinaciones a distintos equilibrios mátricos (por ejemplo, -33 kPa, como índice de densidad aparente a capacidad de campo), para lo cual se requiere de tiempo y equipamiento extra; una buena alternativa es utilizar agregados secos al aire, pero se debe tener en cuenta que la contracción será mayor mientras más contenido de arcilla tenga el suelo.

1.8 No es recomendable hacer determinaciones con muestras secadas a 105ºC, pues

la contracción extrema genera una homogenización entre las distintas situaciones texturales o de manejo. En esta sección se seguirá la metodología más sencilla propuesta por Blake y Hartge (1986), con agregados secos al aire y el uso de parafina sólida.

2 Equipos y materiales especiales 2.1 Agregados de suelo secos al aire (optativo: equilibrados a una tensión mátrica

conocida; agregados con tamaños especiales). 2.2 Balanza de precisión de 0,01 g y con posibilidad de colgar una masa. 2.3 Parafina sólida (optativo: Saran, que permite la aplicación en terreno. Alternativa:

mucho más económico es usar vela común, cuya determinación de densidad es fácil y permite obtener los mismos resultados que con parafina analítica).

2.4 Manto calefactor o baño María. 2.5 Vaso precipitado y termómetro. 2.6 Hilo fino de masa conocida (trozos de 20 a 30 cm). 2.7 Cápsula de aluminio para secado en estufa. 2.8 Estufa de secado a 105ºC. 3 Reactivos No se requieren reactivos.



4 Procedimiento 4.1 Tomar un agregado de entre dos y cuatro centímetros de diámetro y amarrarlo

cuidadosamente a un hilo fino de masa conocida. Si el agregado es muy friable y se desarma al manipularlo, optar por realizar la determinación según sub capítulo 5.1 Método del cilindro ó sub capítulo 5.3 Método de la excavación.

4.2 Pesar el agregado (Pt). Como este posee un cierto contenido de agua, es

necesario calcular la humedad con un agregado de similares características, secándolo a 105°C (Método 2.1). Nota 7 También se puede hacer la determinación de contenido de agua con el mismo agregado, una vez que se termine todo el proceso, Ver 4.6.

4.3 En un vaso precipitado calentar la parafina sólida a baño María o en manto

calefactor hasta lograr el estado líquido, controlando una temperatura de entre 55 y 65ºC. Nota 8 La condición ideal se logra en el momento en que desaparece el último vestigio de parafina sólida; temperaturas muy bajas dificultan el adecuado cubrimiento del agregado y provocan grietas en la parafina; mayor temperatura puede provocar una mayor fluidez, con entrada de parafina al interior del agregado.

4.4 Sumergir el agregado cuidadosamente en la parafina durante aproximadamente

un segundo y sacarlo. Dejar solidificar y evaluar la continuidad de la cubierta. Si es necesario, sumergir una segunda vez. Dejar enfriar y pesar (Ptp). Si el agregado posee mucha materia orgánica o raíces y la continuidad de la parafina no se logra, optar por realizar la determinación según sub capítulo 5.3 Método de la excavación.

4.5 Con la balanza adaptada para colgar una masa, se cuelga el hilo y se pesa el

agregado sumergido dentro de un recipiente con agua (Ptpa). Colocar especial cuidado que el agregado no toque las paredes ni el fondo del recipiente. No debe existir burbujeo de aire o aumento gradual de masa, ya que esto denota una cubierta de parafina no continua; en este caso desechar la muestra y repetir desde 4.1. Si el agregado flota en agua, continuar en 4.8. Nota 9 Este peso es el resultado del equilibrio de fuerzas entre el peso del agregado con la cubierta de parafina y el empuje del agua. Como la parafina impide la entrada de agua al interior del agregado, mientras mayor porosidad posea éste, menor será el peso dentro del agua. Nota 10 Como alternativa se puede colocar un vaso con agua sobre la balanza, determinando el incremento de masa al disponer el agregado con la cubierta de parafina sumergido en su interior; sin embargo, es difícil alcanzar una lectura estable, por lo que es más recomendable el procedimiento indicado en 4.5.

4.6 Retirar el agregado del agua. Si no se realizó en paralelo la determinación de

contenido de agua con agregados de similares características, proceder como sigue:



4.6.1 Secar la cubierta de parafina con papel absorbente. 4.6.2 Romper cuidadosamente la cubierta de parafina. 4.6.3 Con una sub muestra del agregado, realizar la determinación de contenido

de agua según Método 2.1. 4.7 Desechar el agregado o los restos de éste en un contendor especial en el que se

pueda disponer restos de parafina sólida. Si se requiere determinar la densidad aparente de las partículas menores a 2 mm, proceder según punto 4.7 del sub capítulo 5.3 Método de la excavación.

4.8 Para el caso de suelos Andisoles e Histosoles, la densidad aparente de los

agregados puede ser menor a 1,0 Mg m-3, por lo que estos flotan en el agua una vez sellados con parafina. En este caso proceder como sigue: 4.8.1 Amarrar una masa (por ejemplo, una golilla) a un hilo y pesarla sumergida

en agua (Pe). 4.8.2 Colgar la masa al hilo del agregado, sumergirlos en agua y pesar (Ptpea),

colocando especial atención a los aspectos señalados en 4.5. 4.8.3 Si no se realizó la determinación de contenido de agua con otro agregado,

proceder según lo indicado en 4.6. 5 Cálculos 5.1 Calcular la densidad aparente por el método del terrón (Dat) según: [Mg m-3]

Donde:

Dw = Densidad del agua (g cm-3 = Mg m-3). Pts = Masa del terrón seco, corregido por su contenido de agua (g). Pt = Masa del terrón (g). Ptpa = Masa del terrón con cubierta de parafina y sumergido en agua (g). Pp = Masa de la cubierta de parafina (Ptp – Pt) (g). Dp = Densidad de la parafina (0,8 g cm-3 = 0,8 Mg m-3). Ptp = Masa del terrón con cubierta de parafina (g). Nota 11 La densidad del agua varía ligeramente con la temperatura; se puede usar el valor 1,0 g cm-3 o bien controlar la temperatura del agua para usar la densidad obtenida según tabla, sin embargo, variaciones de 10ºC en la temperatura del agua no cambian la estimación de densidad en forma significativa. Nota 12

⋅−+−

⋅=

DpDwPpPpPtpaPt

PtDwDtDat

s



Para la corrección del contenido de agua (Pts) utilizar factor de corrección de humedad (Fch) del Método 2.1. Nota 13 Las pesadas deben descontar la masa del hilo, aunque si éste es lo suficientemente fino, su masa es despreciable, no afectando la estimación de densidad dentro de la segunda cifra significativa. Nota 14 Es recomendable controlar la densidad de la parafina; dependiendo de su procedencia, ésta puede variar entre 0,8 y 0,9 g cm-3.

5.2 Para el caso de suelos con densidad aparente menor a 1 Mg m-3, en cuyo caso se

debió proceder de acuerdo a 4.8, agregando una masa extra (Pe) a la medición sumergida en agua, se debe corregir la masa del terrón con cubierta de parafina y sumergido en agua (Ptpa) según:

Ptpa = Ptp – (Ptpea – Pe) [g]

Donde:

Ptp = Masa del terrón con cubierta de parafina (g). Ptpea = Masa del terrón con cubierta de parafina y masa extra sumergidos en agua (g). Pe = Masa de la masa extra sumergida en agua (g).

Lo que corresponde a un empuje, es decir, en forma lógica resulta en valores negativos de masa de suelo sumergido en agua (Ptpa).

5.3 En caso de haber seguido el procedimiento 4.7 y el cálculo 5.2 detallados en el

sub capítulo 5.3 Método de la excavación, descontar tanto la masa del numerador como el volumen del denominador de las partículas > 2 mm, de manera de determinar la densidad aparente de las partículas < 2 mm.


paréntesis (terrón) y si se realizó bajo alguna condición especial (por ejemplo, alguna tensión mátrica específica). Presentar valores en [g cm-3] o, de acuerdo al sistema internacional, en [Mg m-3], los cuales son equivalentes, utilizando dos decimales. De no solicitarse lo contrario, se debiese informar la densidad aparente del suelo (incluidas partículas mayores a 2 mm).

6.2 Como se indicó anteriormente, la densidad aparente determinada por el método

del terrón por lo general entrega valores un 5 a 30% más altos que los obtenidos por el cilindro, siendo mayor la diferencia mientras más arcilla posea el suelo. El Cuadro 5.3 presenta una comparación de resultados por ambos métodos en función de la clase textural.



Cuadro 5.3. Valores observados de densidad aparente evaluada mediante métodos del cilindro y del terrón según clase textural en suelos normalmente consolidados.

Clase textural Da terrón seco al aire (Mg m-3)

Da cilindro

(Mg m-3)

Diferencia (terrón-cilindro)

(Mg m-3) Franco arenoso 1,50 1,36 0,14 Franco 1,39 1,23 0,16 Franco Arcillo arenoso 1,51 1,29 0,22 Franco Arcilloso 1,87 1,37 0,50 Arcilloso 1,80 1,14 0,66 Andisol (franco limoso) 0,75 0,68 0,07

Sin embargo, esta regla no es general, dependiendo fuertemente de las condiciones de manejo, la cual puede igualar los valores en caso de alta compactación, o bien por pedogénesis, que tiende a hacer desaparecer las diferencias en horizontes cementados o con iluviación de arcillas.

7 Repetitibilidad 7.1 Si la determinación de la densidad aparente por este método considera un buen

muestreo y un procedimiento sin errores (principalmente sellado adecuado del agregado, sin que le ingrese agua) los valores de coeficiente de variación (CV) se encontrarán en rangos de 4 a 20%. Para el caso de agregados de distinto tamaño, en un estudio con terrones de entre 0,80 y 3,67 cm de diámetro de la Serie Graneros (Seguel y Horn, 2006) se obtuvieron valores de densidad aparente de entre 1,57 y 1,79 Mg m-3, aumentando a medida que disminuyó el tamaño del agregado; sin embargo, dado que se realizaron 20 repeticiones, el coeficiente de variación resultó ser de un 3,3%.

7.2 Se cumple la misma observación que para el cilindro, en cuanto a que si se busca

representar la variabilidad del suelo, realizando un muestreo intencionalmente heterogéneo, es normal tener valores de CV mayores.



5.3 Método de la excavación 1 Principio y alcance 1.1 Es el método utilizado cuando no es posible tomar muestras inalteradas, ya sea en

suelos sin cohesión, con alta pedregosidad, horizontes muy delgados (<5 cm) o exceso de residuos orgánicos que dificulten el muestreo con cilindros.

1.2 Consiste en tomar una muestra de suelo alterada para determinar su masa por

secado. El volumen se determina rellenando la cavidad dejada por la muestra, existiendo diversos diseños de equipos o alternativas de materiales de relleno, destacando arena, esferas plásticas y agua.

En suelos en pendiente el uso de agua se dificulta, por lo que se debe utilizar un material sólido no compresible; sin embargo, el uso de agua entrega mayor exactitud y no contamina el sector evaluado con materiales ajenos al suelo.

1.3 Posee la ventaja de causar poca alteración si la excavación se hace con el debido

cuidado, además de medir la densidad de un gran volumen de suelo, permitiendo así determinar un valor confiable de densidad aparente según las condiciones al momento del muestreo (USDA, 2004). El mayor volumen de muestreo constituye una desventaja para el transporte.

1.4 Permite la corrección de las partículas gruesas en forma fácil, pudiendo

discriminar la densidad a distintos tamaños de partículas críticos.

Debido a que es un método utilizado para condiciones muy particulares de suelo, en la presente sección se describirá un procedimiento simplificado, debiendo optarse preferentemente por los métodos del cilindro o del terrón. Mayores detalles de equipos y procedimientos alternativos se pueden encontrar en Grossman y Reinsch (2002).

2 Equipos y materiales especiales 2.1 Probetas graduadas de 1 L y 200 cm3. 2.2 Arena limpia, seca y de tamaño estándar. Se requiere un tamaño uniforme para

evitar segregaciones o estratificaciones; para ello es recomendable arena que pase bajo tamiz Nº 20 y que se retenga en tamiz Nº 60 (0,84 a 0,25 mm). Como alternativa se puede utilizar un plástico delgado y agua.

2.3 Pala pequeña y bolsas plásticas (optativo: una cuchara permite una mejor recolección de la muestra).

2.4 Balanza de precisión con una exactitud de 0,1 g. 2.5 Contenedor para secado en estufa. 2.6 Estufa de secado a 105ºC.



3 Reactivos No se requieren reactivos. 4 Procedimiento 4.1 Despejar la superficie de restos vegetales, pedregosidad superficial o artefactos

que entorpezcan el muestreo. Nivelar la superficie si es necesario y remover el material suelto.

4.2 Con una pala pequeña, excavar un hoyo de entre 10 y 15 cm de diámetro y de la

profundidad requerida. Nota 15 La profundidad depende del material que se está caracterizando. En caso de suelos pedregosos o no cohesivos, se recomienda una profundidad no mayor a 12 cm, debido a que en forma natural el suelo puede presentar estratificaciones y consolidaciones variables en profundidad. Si se desea evaluar la densidad de una estrata u horizonte muy delgado, se debe muestrear la profundidad del material de interés.

4.3 Recuperar todo el suelo excavado y almacenar en una bolsa debidamente

identificada o directamente en el contenedor para secado en estufa. Nota 16 En este sub capítulo se habla de contenedor y no de cápsula, debido a que la muestra es más grande, por lo que se debe disponer de recipientes de secado de mayor volumen.

4.4 Determinar el volumen del hoyo desde donde se tomó la muestra de la siguiente

manera: 4.4.1 Llenar la probeta graduada de 1 L con arena. Enrasar a un volumen inicial

conocido (Vi). 4.4.2 Trasvasijar cuidadosamente la arena al hoyo de excavación, hasta llegar al

nivel de la superficie y enrasar. Medir el volumen final (Vf) de la arena en la probeta. Si es necesario, ajustar los volúmenes utilizados a través de una probeta de menor volumen.

4.4.3 Colocar el debido cuidado de no alterar el suelo. Si existen grietas o poros por donde se pueda perder parte de la arena, se puede usar como interfase un plástico delgado que se adapte a la forma del hoyo de excavación; esto también permite recuperar la arena. Nota 17 El mismo procedimiento se puede hacer con agua en una superficie sin pendiente, pero necesariamente se requiere la interfase de plástico. Nota 18 El mismo procedimiento se puede hacer considerando la masa de material (agua o arena) utilizado, pero es necesario determinar la densidad para transformar la masa a volumen.

4.5 Trasladar el material recolectado y secar en estufa (aproximadamente 24 horas a

105ºC). Registrar la masa del contenedor con el suelo seco (Mc+ss), incluidas las partículas mayores a 2 mm.



Nota 19 Debido a la naturaleza de la muestra (material grueso o suelto, con baja retención de agua higroscópica), no es recomendable utilizar una sub muestra para la determinación de la masa seca, ya que la medición del contenido de agua tendrá mayor variabilidad. Idealmente se debe secar toda la muestra colectada. Ver también Nota 3.

4.6 Eliminar la muestra y determinar la masa del contenedor (Mc). 4.7 Si se requiere determinar la densidad aparente de las partículas menores a 2 mm,

proceder como sigue: 4.7.1 Una vez saliendo del secado a estufa, para el caso de la determinación 5.1

Método del cilindro y 5.3 Método de la excavación, disgregar la muestra (utilizar mortero si es necesario). Para el caso de 5.2 Método del terrón, posterior a la pesada en agua, secar, remover la cubierta de parafina y disgregar el agregado; secar a 105ºC.

4.7.2 Tamizar a 2 mm, reteniendo las partículas que no pasen el tamiz. Asegurarse que no existan micro agregados o materiales cementados.

4.7.3 Registrar la masa de las partículas (M>2mm) retenidas en el tamiz de 2 mm. 4.7.4 Determinar la densidad real de las partículas (Dr) mayores a 2 mm a través

del método descrito en el capítulo 6 Densidad real. Nota 20 Si la determinación de Dr se dificulta debido al poco volumen de muestra (especialmente en el caso del terrón), se puede considerar la densidad real esperable para las partículas en cuestión, o bien de la misma muestra de suelo u otros agregados, incluir más material para la determinación de Dr.

4.7.5 Determinar el volumen ocupado por las partículas mayores a 2 mm según

punto 5.2 5 Cálculos 5.1 Calcular la densidad aparente por el método de la excavación (Daexc) según:

Daexc = (Mc+ss – Mc) / (Vi – Vf) [Mg m-3]

Donde:

Mc+ss= Masa del contenedor con el suelo seco a 105ºC (g). Mc = Masa del contenedor (g). Vi = Volumen inicial de la arena en la probeta (cm3). Vf = Volumen final de la arena en la probeta (cm3).



5.2 En caso de haber seguido el procedimiento 4.7, determinar el volumen de las partículas (V>2mm) mayores a 2 mm según:

V>2mm = M>2mm / Dr [cm

-3] Donde:

M>2mm = Masa de las partículas mayores a 2 mm (g). Dr = Densidad real de las partículas mayores a 2 mm (g cm-3).

En cuyo caso se debe descontar tanto la masa del numerador como el volumen del denominador en las respectivas fórmulas de densidad aparente por el cilindro, terrón y excavación.


paréntesis (excavación), con valores en [g cm-3] o, de acuerdo al sistema internacional, en [Mg m-3], los cuales son equivalentes, utilizando un decimal. De no solicitarse lo contrario, se debiese informar la densidad aparente del suelo (incluidas partículas mayores a 2 mm).

7 Repetitibilidad 7.1 No es recomendable hacer el muestreo en condiciones de lluvia, ya que la

humedad de la arena genera cambios en su capacidad de empaquetamiento, haciéndola más compresible. Al respecto, Flint y Childs (1984) señalan que la compactación de la arena es uno de los factores que aumentan la variabilidad del método, incluso en condiciones secas.

7.2 La principal fuente de error se genera por la dificultad de enrasar adecuadamente

el nivel de arena en la superficie; sin embargo, este se minimiza considerando el gran volumen de la muestra, la cual incluso puede sobrepasar los 1000 cm3.



8 Bibliografía 8.1 Bear, J. 1972. Dynamics of Fluids in Porous Media. New York. Elsevier. 764p. 8.2 Blake, G.R. and K.H. Hartge. 1986. Bulk Density. In: Klute, A. (Ed.) Methods of Soil

Analysis. Part I. Physical and Mineralogical Methods: Agronomy Monograph no. 9 (2nd ed.). p. 363-375.

8.3 Brady, N. and R. Weil. 2000. Elements of the nature and properties of soils. Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ. USA. 559 p.

8.4 Casanova, M., O. Seguel, J. Haberland, C. Kremer. 2008. Propiedades físicas: Indicadores de calidad y salud de suelos. Antumapu 6(1-2): 32-34.

8.5 Flint, A. and S. Childs. 1984. Development and calibration of an irregular hole bulk density sampler. Soil Sci. Soc. Am. J. 48: 374-378.

8.6 Dörner, J. and R. Horn. 2006. Anisotropy of pore functions in structured Stagnic Luvisols in the weichselian moraine region in N Germany. J. Plant Nutr. Soil Sci. 169: 213-220.

8.7 Ellies, A. 1999. El rol de la física de suelos en la producción agrícola. Agro Sur 27: 43-58.

8.8 Grossman, R.B. and T.G. Reinsch. 2002. Bulk density and linear extensibility. In: Dane, J.H. and Topp, G.C. (Ed) Methods of soil analysis. Parth 4. Physical Methods. SSSA. Madison Wisconsin, USA. p. 201-228.

8.9 Guenther, D.E. (1991): Wasserleitvermögen und mechanische Spannungsverteilung- Messungen mit einem modifizierten Triaxialapparat. Dissertation. Christian Albrechts Universität, Kiel. 200 S.

8.10 Hartge, R. und Horn, R. 2009. Die physikalische Untersuchung von Böden. Praxis Messmethoden Auswertung. 4. vollst. Überarbeitete Auflage. Schweizerbart Vorlage, Stuttgart, 178 p.

8.11 Jury, W. A., W. R. Gardner and W. H. Gardner. 1999. Soil physics. John Wiley & Sons, Inc. New York, USA. 328 p.

8.12 Leiva, C. 2009. Caracterización del monto, funcionalidad y evolución del sistema poroso de un Palehumult al ser sometido a ciclos de formación de estructura. Memoria Ingeniero Agrónomo. Universidad Austral de Chile, Facultad de Ciencias Agrarias. Valdivia, Chile. 77 p.

8.13 Seguel, O. and R. Horn. 2006. Structure properties and pore dynamics in aggregate beds due to wetting–drying cycles. Journal of Plant Nutrition and Soil Science 169: 221-232.

8.14 Skopp, J. 2002. Physical properties of primary particles. In: Warrick, A. W. (Ed.). Soil Physics Companion. CRC Press. Boca Raton, USA. p. 1-16.




Figura 5.2. Diagrama de flujo del Método del cilindro 5.1.

Insertar cilindro a golpes regulares

Sitio

seleccionado y preparado

para muestreo

¿Se pueden enterrar cilindros?

no

si

no

si

si

no

Excavar el suelo alrededor y extraer el

cilindro cuidadosamente

Enrasar ambos extremos cuidando tener el volumen

completo

Vaciar cilindro

Cerrar cilindro y trasladar a laboratorio

Procesar de acuerdo a lo que se requiera

Trasvasijar a cápsula identificada y de masa

conocida

Secar a estufa a 105ºC durante 24 hrs.

¿Se pueden

extraer agregados?

A

¿Sobresale algún clasto

o falta volumen?

si

si

B

¿Sobresale alguna raíz?

Cortar con tijera

no

¿Se requiere

muestra no alterada?

Utilice método del terrón

Utilice método de la excavación

no Trasvasijar a bolsa etiquetada y trasladar

a laboratorio

¿Finalizó análisis extra?

no

si

Calcular e informar

Tomar la masa del material seco



Figura 5.3. Diagrama de flujo del Método del terrón 6.2.

A

si

no

Seque los agregados al aire (o equilíbrelos a la tensión deseada)

Seleccione un agregado de entre 2 y 4 cm y amárrelo a un hilo de masa conocida

Registre la masa del agregado

Sumergir el agregado en parafina sólida

previamente calentada a 55-65ºC

Colgar agregado a la balanza y pesar

B

Tomar sub-muestra y determinar contenido

de agua según método (2.1)

Desechar restos de agregados y parafina

en contenedor especial

Desechar agregado y repetir procedimiento

Registrar la masa bajo agua, retirar el

agregado del agua y secar cubierta de

parafina

Con el agregado colgado a la balanza, sumergirlo en agua sin tocar las paredes del recipiente

Calcular e informar

Romper cubierta de parafina

¿Agregado resiste

manipulación?

Utilice método de la excavación

¿Cubierta de parafina continua?

no

si

¿Hay burbujeo o aumento de masa?

si

¿Determinó contenido de agua?

no

no

si

¿Flota el agregado?

Agregar al agregado una masa bajo agua

conocida

no

si



Figura 5.4. Diagrama de flujo del Método de la excavación 6.3

B

si

no

En terreno, despejar superficie y nivelar si

es necesario

Excavar orificio de 10 a 15 cm de diámetro y de la profundidad

requerida, recuperando todo el material extraído

Registrar volumen de arena remanente en

la probeta

Trasvasijar cuidadosamente la arena al hoyo y

enrasar

Llenar probeta graduada de 1L con arena y enrasar a volumen conocido

Cubrir orificio con plástico delgado

Secar a 105ºC por 24 horas en un recipiente de masa conocida

Disgregar la muestra (en mortero si es necesario)

Tamizar en tamiz de 2 mm

Registrar masa de partículas > a 2 mm

Determinar densidad real de partículas > 2mm según Método 6.1

Calcular e informar

¿Existen poros o grietas por donde pueda fluir la arena?

Trasladar material extraído del hoyo al

laboratorio



6 DENSIDAD REAL

Generalidades La densidad real de los suelos corresponde a la densidad de la totalidad de las partículas sólidas (en el presente capítulo se utilizará s como indicativo de sólido); esta es expresada como la razón entre la masa de las partículas (Ms) y su volumen (Vs), excluyendo los espacios porosos entre las partículas (Blake y Hartge, 1986). La unidad usada en el Sistema Internacional es el Megagramo por metro cúbico (Mg m-3). La densidad real es utilizada en variadas expresiones matemáticas donde se considera el volumen o masa de una muestra de suelo, siendo su medición necesaria para:

− Realizar conversiones exactas de datos base-masa a base-volumétrica y para el cálculo del volumen de los sólidos, o viceversa.

− Calcular la porosidad total del suelo o el número poroso de éste − Cálculos de sedimentación de partículas en los fluidos, por ejemplo en la

determinación de la textura por el método del hidrómetro de Bouyoucos. − Cálculos de capacidad calórica del suelo o distintos materiales. − Corrección de la densidad aparente de muestras que contienen una significativa

cantidad de fragmentos gruesos (ver 5.3, Método de la excavación). Se debe tener en cuenta que, dependiendo de la especialidad o el tipo de material que se mide, esta propiedad puede tener nombres referidos al mismo concepto físico (Flint y Flint, 2002). Por ejemplo, en ingeniería se utiliza el término densidad específica o gravedad específica (en inglés: specific gravity), referido a la densidad real en relación a la densidad del agua a 3,98ºC (1,0000 Mg m-3), resultando en una expresión adimensional; se puede hablar de densidad real o densidad de partículas (en inglés: particle density) para referirse a la densidad de las partículas sólidas en su conjunto, o bien densidad de grano (en inglés: grain density) para referirse a la densidad de un material específico de composición conocida. En cuanto a los valores que puede tomar la densidad real del suelo, éstos varían fuertemente dependiendo de su composición mineralógica. En forma habitual, para suelos de mineralogía cristalina, se asume el valor 2,65 Mg m-3, dado que el cuarzo u otros tectosilicatos como componentes dominantes del suelo, poseen valores promedio cercanos a dicho valor; sin embargo, la presencia de micas, habitual en los suelos de origen granítico en Chile, pueden elevar este valor, al igual que los óxidos de hierro, pudiendo alcanzar niveles de 2,8 Mg m-3; por su parte, elevados niveles de materia orgánica, como los que se encuentran en los Andisoles de la Región del Bío Bío al sur, pueden disminuir la densidad real del suelo hasta niveles de 2,2 Mg m-3. El Cuadro 6.1 resume los valores de densidad real para distintos materiales parentales y minerales comunes en suelos.



Cuadro 6.1. Valores de densidad real (Mg m-3) o su rango esperado para distintos materiales.

Material Densidad real (Mg m-3) Basalto 2,40 – 3,10 Granito 2,64 – 2,76 Calcita 2,21 (2,72a) Dolomita 2,84 Humus 1,50 Limonita 2,68 – 2,76 Mármol 2,60 – 2,84 Arenisca 2,14 – 2,36 Pizarra 2,60 – 3,3 Vidrio volcánico (ceniza) 2,41 – 2,76 Óxidos de hierro 3,96 – 5,26b Arcilla Illita Caolinita Montmorillonita

1,80 – 3,10 2,80 2,65

2,50 (2,76a) Feldespato Sódico y Cálcico (Plagioclasas) Potásico (Ortoclasa)

2,50 – 2,80 2,62 – 2,76 2,54 – 2,57

Yeso 2,31 – 2,33 Mica Biotita Muscovita

2,60 – 3,20 2,70 – 3,10

2,83 Pirita 5,02 Cuarzo 2,65 Adaptado de Lide (1999). a según Fredlund y Rahardjo (1993). b según Schaetzl y Anderson (2005).

Las metodologías para la determinación de la densidad real se basan en el cálculo del volumen de la muestra a través del desplazamiento de líquidos (Flint y Flint, 2002), siendo el más conocido el método del picnómetro, que no es otra cosa que un matraz volumétrico con un tapón de vidrio que posee una abertura capilar; la alternativa es el método de desplazamiento de Arquímedes, basado en el principio del mismo nombre. Ambos utilizan la masa y el volumen desplazados por agua o por algún otro fluido a elección. Otros métodos consideran el desplazamiento de gases, lo cual los hace sencillos, rápidos y precisos, pero se requiere de equipamiento especial, por lo que no serán abordados en este capítulo. Como las propiedades del fluido cambian de acuerdo a la temperatura, los picnómetros comerciales poseen incorporada una termocupla o un termómetro, pero su costo es mayor y su uso se restringe a mediciones de alta precisión (tres o más cifras significativas). Para mediciones confiables de hasta dos cifras significativas, basta un picnómetro normal e incluso un matraz volumétrico de buena calidad; por lo mismo, en el presente capítulo se describirá como método oficial el método del picnómetro, considerando aparatos sin termómetros o termocuplas incorporadas, y aceptando el uso de matraces volumétricos. Métodos indirectos, como la estimación de la densidad real a



partir de valores de porosidad y densidad aparente, son poco confiables y no recomendados.

6.1 Método del picnómetro 1 Principio y alcance 1.1 Es un método sencillo y de buena precisión, pudiendo usarse picnómetros desde

25 mL hasta matraces de hasta 1000 mL de capacidad. Los picnómetros comerciales dan mayor precisión, sin embargo los matraces permiten un mayor volumen de muestra y la determinación de la densidad real de partículas gruesas.

1.2 La densidad real de una muestra de suelo se calcula con dos mediciones

cuantitativas, a saber: la masa de sólidos y el volumen de sólidos de la muestra. La masa de sólidos es determinada por pesada mediante una balanza de precisión, mientras que el volumen de sólidos se determina por cálculo a partir de la masa y densidad del agua (u otro fluido) desplazada por los sólidos de la muestra.

1.3 Como no se considera el espacio poroso, las metodologías empleadas para

determinar esta propiedad se basan en la eliminación por succión o por calentamiento del aire entrampado en el suelo, y mediante una serie de pesadas se puede conocer, por diferencia, el volumen de los sólidos. Dado el menor requerimiento de tiempo, es preferible el uso de vacío (succión) para extraer el aire entrampado.

1.4 Por lo general, se requiere determinar la densidad real del material fino (<2mm),

pero en algunas aplicaciones específicas (obras civiles o mineras) puede ser necesario medir todo el material o alguna fracción específica.

2 Equipos y materiales especiales 2.1 Picnómetro (25 a 50 mL) o matraz volumétrico con tapa cónica (100 a 1000 mL). 2.2 Balanza de precisión con una exactitud de 0,01 g. 2.3 Agua destilada hervida y enfriada a temperatura ambiente. 2.4 Termómetro. 2.5 Bomba de vacío (alternativo: manto calefactor). 3 Reactivos No se requieren reactivos.



4 Procedimiento 4.1 Pesar un picnómetro (matraz) con su respectivo tapón (Pai), asegurándose que

esté limpio, seco y previamente identificado. Nota 1 Si el picnómetro (matraz) viene de estufa a 105ºC, asegurarse que no exista condensación de agua en su interior.

4.2 Agregar aproximadamente 10 g de suelo seco al aire (y tamizado a 2mm si se

requiere determinar la densidad real de las partículas finas). Si se usa un matraz volumétrico de 100 cm3, agregar más o menos 50 g de suelo. Nota 2 Como criterio, llenar ⅓ del volumen del picnómetro (matraz) con el material a medir.

4.3 Limpiar por fuera el picnómetro (matraz) para eliminar residuos de suelo que

hayan quedado durante el llenado de éste. 4.4 Pesar el picnómetro (matraz), incluido el tapón y su contenido (Ps). En una contra

muestra, determinar el contenido de agua del suelo (ver Método 2.1). 4.5 Añadir agua destilada hasta aproximadamente la mitad de la capacidad del

picnómetro (matraz), haciéndola escurrir por el cuello para arrastrar el suelo adherido internamente a éste.

4.6 Remover el aire entrampado colocando el picnómetro (matraz) en una cámara de

vacío, o bien conectándolo directamente a la bomba de vacío, agitando suavemente hasta que no existan salidas de burbujas de aire. Nota 3 Generar el vacío en forma gradual para prevenir la pérdida de material, hasta alcanzar valores de entre -0,6 y -1,0 atmósfera. El tiempo aproximado de aplicación de vacío es de 5 a 10 minutos, dependiendo del material. Nota 4 Como alternativa se puede usar un manto calefactor, con el que se aplica una ebullición suave (5 a 10 minutos), con agitaciones permanentes para prevenir pérdidas de suelo junto con la espuma. Evitar usar ebullición en llama directa, pues se podría eliminar parte de la materia orgánica del suelo o bien se podría depositar sedimentos en el picnómetro (matraz) que impidan su adecuada limpieza posterior.

4.7 Aforar el picnómetro (o llenar el matraz) con agua destilada previamente hervida y

a temperatura ambiente. Insertar el tapón y asentarlo cuidadosamente, permitiendo que el exceso de agua salga por el capilar de la tapa del picnómetro o por el borde cónico de la tapa del matraz. Nota 5 En caso de haber extraído el aire por ebullición, esperar previamente el tiempo necesario hasta alcanzar la temperatura ambiente. Nota 6 Si se usó un matraz y éste no posee una tapa cónica, se puede enrasar a un volumen conocido, pero aumentará el error en la determinación de la densidad real.

4.8 Secar cuidadosamente el exterior del picnómetro (matraz) y limpiar con un paño

seco, poniendo cuidado que no queden burbujas de aire ni que drene agua desde el capilar de la tapa del picnómetro.



4.9 Pesar el picnómetro (matraz) y su contenido (Psa) y determinar la temperatura de la suspensión.

4.10 Remover el suelo del picnómetro (matraz), lavándolo en forma enérgica y

llenándolo completamente con agua destilada (hervida y a temperatura ambiente). 4.11 Insertar el tapón, desplazando el exceso de agua, secar completamente por fuera

y pesar (Pa). 5 Cálculos 5.1 Calcular la densidad real por el método del picnómetro (Dr) según:

( )( ) ( )PaPsaPaiPs

PaiPsDwDr

−−−−⋅

= [g cm-3]

Donde:

Dw = Densidad del agua (g cm-3) a la temperatura observada. Ps = Masa del picnómetro con la muestra de suelo corregida por el contenido de agua (g) según Método 2.1. Pai = Masa del picnómetro lleno de aire (g). Psa = Masa del picnómetro lleno con suelo y agua (g). Pa = Masa del picnómetro lleno con agua (g).

La densidad del agua (Dw) puede ser obtenida de cualquier libro de variables físicas, sin embargo su valor varía entre 1,000 g cm-3 a 5ºC hasta 0,997 g cm-3 a 25ºC, por lo que la determinación de Dr en condiciones estándares de laboratorio y el uso de Dw = 1,0 g cm-3 no generará errores de importancia.

5.2 Con el valor de densidad aparente (ver Capítulo 5) se puede calcular el espacio

poroso total (EP, también conocida como porosidad total) ó el número poroso (e) mediante:

EP = [1- (Da/Dr)] ⋅ 100 [%]

e = (Dr/Da) – 1 [---]

Donde:

Da = Densidad aparente del suelo (g cm-3). Dr = Densidad real del suelo (g cm-3).

Para esto hay que tener cuidado que las propiedades medidas correspondan al mismo tipo de material. La porosidad total (EP) corresponde a una expresión porcentual del volumen de poros respecto al volumen total de suelo (cm3 poros cm-3 de suelo) y es la expresión más comúnmente utilizada en agronomía; como su denominador no es constante, no permite comparar valores por una simple diferencia. Por su parte, el número poroso (e, también conocido como relación de vacíos) es una expresión relativa del volumen de poros respecto al volumen de los



sólidos (cm3 poros cm-3 de sólidos), lo que permite realizar comparaciones mediante una resta directa entre valores.

6 Informes e interpretación 6.1 Informar los resultados como “densidad real”, indicando el método entre paréntesis

(picnómetro), con valores en [g cm-3] o, de acuerdo al sistema internacional, en [Mg m-3], los cuales son equivalentes, utilizando dos decimales.

6.2 Poner especial cuidado si se solicitó la densidad real de algún tamaño o rango de

tamaño particular de la muestra, lo cual debe ser indicado. 6.3 Como se discutió al inicio del capítulo, la densidad real es una propiedad que

depende fuertemente de la mineralogía, existiendo valores típicos como los señalados en el Cuadro 6.1. Para distintos tipos de suelos, el Cuadro 6.2 presenta rangos de valores esperables.

Cuadro 6.2. Valores de densidad real esperables según tipo de suelo.

Tipo de suelo Rango de densidad real (Mg m-3) Arenoso 2,63 – 2,67 Limoso 2,65 – 2,70 Arcilloso y franco arcilloso 2,67 – 2,90 Orgánico < 2,00 Volcánico (Andisol) 2,00 – 2,50a

Adaptado de Das (1997). a Según Casanova et al. (2008).

Sin embargo, los resultados dependerán del contenido de materia orgánica del suelo, pudiendo ser menores a los señalados en el Cuadro 6.2. Si bien el Cuadro 6.1 señala un valor de densidad real (Dr) de 1,50 Mg m-3 para el humus, en el caso de sustratos orgánicos la Dr puede variar entre 1,56 y 1,92 Mg m-3 para la turba y la tierra de hoja, respectivamente (Burés, 1997), e incluso ser tan bajo como 1,0 Mg m-3 (Skopp, 2000); el resultado depende del grado de humificación de la materia orgánica y de la presencia de contaminantes minerales en la muestra. En el caso de suelos Andisoles, la presencia de altos contenidos de materia orgánica puede hacer que la densidad real baje a valores de 1,90 Mg m-3 en muestras superficiales bajo bosque (Nissen et al., 2005), pero muestras en profundidad pueden presentar valores típicos de densidad real del vidrio volcánico, en torno a 2,75 Mg m-3 (Lide, 1999).

7 Repetitibilidad 7.1 La densidad real es una propiedad de baja variabilidad espacial y temporal, tanto

así que el método del picnómetro presenta coeficientes de variación menores a 5% (Gajardo, 2011).



7.2 Las principales fuentes de error o variación en los resultados son de carácter experimental, siendo necesario homogeneizar adecuadamente el material dentro de la bolsa en que se encuentra la muestra antes de realizar la determinación de densidad real.

7.3 Una fuente de error la constituye el uso de la ebullición a llama directa como

estrategia de extracción del aire entrampado, ya que se combustiona parte de la materia orgánica. El Cuadro 6.3 presenta resultados en que se comparan valores de densidad real obtenidos con distintas variantes metodológicas.

Cuadro 6.3. Comparación de los valores de densidad real (Dr) obtenidos con distinto

tipo de envase y mediante procesos de extracción de aire con ebullición a llama directa y bomba de vacío (n=4; los coeficientes de variación fueron menores a 3%).

Suelo (clase textural)

Envase Método extracción

de aire Dr promedio (Mg m-3)

valor de P

Cauquenes Picnómetro Ebullición 2,70 (Franco arcilloso) Vacío 2,72 0,3440 Matraz Ebullición 2,69 Vacío 2,68 0,6981 Bramadero Picnómetro Ebullición 2,54 (Franco limoso) Vacío 2,69 0,0024* Matraz Ebullición 2,37 Vacío 2,65 0,0013* Rinconada de Lo Vial Picnómetro Ebullición 2,60 (Franco arenoso) Vacío 2,69 0,0490* Matraz Ebullición 2,59 Vacío 2,64 0,0271* Miravalle Picnómetro Ebullición 2,62 (Franco) Vacío 2,73 0,0088* Matraz Ebullición 2,46 Vacío 2,68 0,0020* * Diferencias estadísticas significativas entre extracción de aire por vacío y ebullición. La comparación entre tipo de envases (picnómetro y matraz) no arrojó diferencias estadísticas significativas.

Los picnómetros utilizados tuvieron un volumen variable entre 25 y 50 mL, mientras que los matraces variaron entre 200 y 250 mL; aún así no se detectaron diferencias estadísticas significativas entre tipos de envase. Sin embargo, la extracción de aire por ebullición directa generó valores menores de densidad real, con diferencias estadísticas significativas en un amplio rango de clases texturales. Sólo la muestra de la Serie Cauquenes no tuvo diferencias estadísticas significativas para el método de extracción del aire, dado el bajo contenido de materia orgánica del suelo. Por otra parte, la extracción de aire mediante ebullición suave en manto calefactor permite disminuir el error, como lo muestra el Cuadro 6.4.



Cuadro 6.4. Comparación de los valores de densidad real (Dr) obtenidos mediante procesos de extracción de aire con ebullición en manto calefactor y con bomba de vacío en una muestra de suelo que tuvo dosis crecientes de enmienda orgánica (n=7).

Dosis enmienda orgánica (Mg ha-1)

Materia orgánica (%)

Método extracción de aire

Dr promedio (Mg m-3)

Valor de P

0 1,12 Ebullición 2,63 0,7595 1,12 Vacío 2,70




No se obtuvieron diferencias estadísticas significativas entre métodos de extracción de aire. La enmienda consistió en una aplicación de cama de broiller, incorporándola a una profundidad equivalente de 20 cm, realizándose el muestreo aproximadamente seis meses después de la aplicación. Si bien no se generaron diferencias estadísticas significativas entre los métodos de extracción de aire, la ebullición combustiona parte de la materia orgánica, disminuyendo los valores de densidad real en relación a la extracción por vacío. Los coeficientes de variación estuvieron entre 0,9 y 1,5% en el caso de la ebullición y fueron menores al 1% en el caso del uso de una bomba de vacío, con tiempos de extracción de aire que variaron entre 5 y 10 minutos. En conclusión, preferentemente se debe optar por disponer del vacío, dejando la extracción de aire por ebullición sólo para muestras geológicas o que posean un muy bajo contenido de materia orgánica.



8 Bibliografía 8.1 Blake, G.R. and K.H. Hartge. 1986. Particle density. In: Klute, A. (Ed.) Methods of

Soil Analysis. Part I. Physical and Mineralogical Methods: Agronomy Monograph no. 9 (2nd ed.). p. 377-382.

8.2 Burés, S. 1997. Sustratos. Ediciones Agrotécnicas S. L. Madrid, España. 341 p. 8.3 Casanova, M., O. Seguel, J. Haberland y C. Kremer. 2008. Propiedades físicas:

Indicadores de calidad y salud de suelos. Antumapu 6(1-2): 32-34. 8.4 Das, B. 1997. Soil Mechanics Laboratory Manual. Engineering Press. Austin,

Texas, USA. 278 p. 8.5 Flint, A. L and L. E. Flint. 2002. Particle density. In: Dane, J.H. and Topp, G.C.

(Ed). Methods of soil analysis. Parth 4. Physical Methods. SSSA. Madison Wisconsin, USA. p. 229-240.

8.6 Fredlund, D. G. and Rahardjo, H. 1993. Soil mechanics for unsaturated soils. John Wiley & Sons. New York. 517 p.

8.7 Gajardo, G. 2011. Definición de la cantidad de muestras de propiedades físicas de suelo en sitios descepado y cultivados con vid (Vitis vinifera) en una ladera del Valle de Apalta, Región del Libertador Bernardo O’Higgins. Memoria Ingeniero Agrónomo. Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Agronómicas. Santiago, Chile. 70 p.

8.8 Lide, D. R. 1999. CRC handbook of chemistry and physics. CRC Press. Washington D.C.

8.9 Nissen, J., C. Quiroz, O. Seguel, R. Mac Donald y A Ellies (In memoriam). 2005. Variación del potencial mátrico durante el movimiento de agua en Andisoles. Agro Sur 33(1): 36-47.

8.10 Schaetzl, R. J. and S. Anderson. 2005. Soil: Genesis and Geomorphology. Cambridge University Press. Cambridge, England. 817 p.

8.11 Skopp, J. M. 2000. Physical properties of primary particles. In: Sumner, M (Ed). Handbook of Soil Science. CRC Press. Boca Raton, Florida, USA. p. 3-17.




Figura 6.1. Diagrama de flujo del Método del picnómetro 6.1.

si

no

Muestra seca y tamizada al tamaño

requerido

Pesar un picnómetro (y su tapa) o matraz

limpio, seco e identificado

Remover el aire entrampado mediante vacío o, en su

defecto, en manto calefactor, hasta que no salgan burbujas de aire

Llenar el picnómetro o el matraz con agua

hasta aproximadamente la mitad del volumen, arrastrando el material fino adherido al interior

de éste

Dejar enfriar (si usó manto calefactor), aforar (o enrasar) con agua destilada previamente hervida y a temperatura

ambiente

Insertar el tapón permitiendo la salida del

exceso de agua

Secar cuidadosamente el exterior

Pesar el picnómetro (o matraz) y tomar la temperatura de la

suspensión

Insertar el tapón, secar cuidadosamente por

fuera y pesar

Calcular e informar

¿Determinó el contenido de agua de la muestra?

En una contra muestra, determinar contenido de agua según método (2.1)

Agregar muestra hasta aproximadamente ⅓ del volumen del picnómetro

o matraz

Limpiar por fuera para eliminar residuos y volver a pesar (con

tapa)

¿Se perdió material en el proceso?

Eliminar la muestra y repetir el procedimiento

si

no

Eliminar el material, lavar, llenar con agua destilada previamente hervida y a temperatura ambiente


RETENCIÒN DE AGUA EN EL SUELO. Curva de retención de agua en el suelo 59

7 RETENCION DE AGUA EN EL SUELO

7.1 Curva de retención de agua en el suelo

Generalidades

El suelo es un medio poroso que presenta una fase sólida, líquida y gaseosa (Bear, 1972). El espacio vacío remanente de la matriz del suelo es donde se almacena el agua y aire que absorben e intercambian las raíces de las plantas. Éste se denomina espacio poroso (EP) y se puede definir a partir de la relación entre la densidad aparente (Da) y real (Dr) del suelo (ver capítulos 5 y 6):

r

a

D

DEP −=1 [cm3 cm-3] [Ec. 1]

El EP expresa la cantidad de vacíos [cm3] en relación al volumen total del suelo. La caracterización del suelo exclusivamente a través del espacio poroso no permite interpretar la distribución y tamaño de los poros y su efecto en la relación agua - aire del suelo (Hartge y Horn, 2009). Es así que la capacidad que tiene el suelo para almacenar agua y aire en los distintos poros del suelo se puede definir por medio de la determinación de la curva de retención de agua, también conocida como curva pF o curva característica de agua en el suelo (Figura 7.1).

Tensión de agua [hPa]

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

Contenido de agua [Vol. %

]

10

20

30

40

50

60

70

80a)

Tensión de agua [log hPa]

0 1 2 3 4 5

Contenido de agua [Vol. %

]

10

20

30

40

50

60

70

80b)

Figura 7.1. Curva de retención de agua expresada en función de a) la tensión de agua en hPa y b) en pF (log hPa).

La curva de retención de agua se puede determinar tanto en muestras disturbadas como no disturbadas. Sin embargo, es ideal trabajar con muestras recolectadas en cilindros que reflejen el efecto de la estructura del suelo ya que el suelo disturbado arroja resultados que pueden ser muy diferentes en comparación a una muestra no disturbada (Dörner et al., 2010). A partir de la curva pF, se puede definir:



- La capacidad de almacenamiento de agua de un suelo; información básica que debe ser utilizada en la definición de la lámina de riego.

- La capacidad de aire de un suelo; parámetro que es crítico para algunos cultivos que tienen altos requerimientos de aire en el suelo (p.ej. remolacha, papas).

- El efecto del manejo silvoagropecuario sobre el sistema poroso; por ejemplo puede ser usado en estudios de calidad de suelos.

- Parámetros hidráulicos por medio del ajuste de modelos matemáticos que describen la curva de retención de agua (p.ej. van Genuchten, 1980; Durner, 1996) y que sirven para modelar otras propiedades del suelo como la conductividad hidráulica no saturada (ejemplos de ello se pueden ver en Dörner et al., 2009).

El suelo es capaz de retener agua en contra de la fuerza de gravedad debido al efecto de la fuerza de adhesión entre el agua y la superficie sólida (Hartge y Horn, 2009). Es así que para extraer agua del suelo es necesario realizar un trabajo que debe superar la tensión con la que se encuentra retenida el agua en los poros. En la medida que el suelo se seca, aumenta la tensión, el agua es retenida en poros más pequeños y, por lo tanto, mayor es el trabajo que se debe realizar para seguir extrayendo agua. La relación entre el diámetro de los poros y la tensión con que es retenida el agua en el suelo es descrita a través de la ecuación de ascenso capilar (Hartge y Horn, 2009; Kutilek y Nielsen, 1994):

w

f

Drgh

⋅⋅

⋅⋅=

ασ cos2 [cm] [Ec. 2]

Donde:

h = altura de ascenso capilar [cm] σf = tensión superficial del agua [dyn/cm] Dw = densidad del agua [g/cm3] r = radio de los poros [cm] g = aceleración de gravedad [m/s2] α = ángulo de contacto [°]

De la ecuación (2) se desprende que la altura de ascenso capilar (h) es inversamente proporcional al radio de los poros (r). Esto implica que los poros finos generan la mayor fuerza capilar, o sea, retienen el agua con mayor fuerza en comparación con los poros más gruesos. El principio de la metodología para determinar la curva característica tiene como objetivo equilibrar las muestras de suelo a distintas tensiones, lo que se alcanza cuando el medio poroso deja de perder agua (Figura 7.2). Es así que de acuerdo a la ecuación de ascenso capilar y expresando los contenidos de agua en base a volumen (θ), si un suelo saturado con agua es equilibrado a una tensión de 60 hPa (Cuadro 7.1), se puede determinar el volumen de poros de drenaje rápido (PDR), y a 330 hPa (0,33 atmósferas, al valor clásico de la capacidad de campo) los poros de drenaje lento (PDL). Al conocer el contenido volumétrico de agua (θ) retenida a 330 y 15.430 hPa se



determina el volumen de poros de agua útil (PAU); finalmente, el volumen de poros de agua inútil (PAI) (Cuadro 1) corresponde al contenido volumétrico de agua 15430 hPa. El detalle de los cálculos se describe en el Cuadro 7.4.

Tiempo [h]

1 10 100 1000

Peso [g]

350

360

370

380

390

400

410

A

Figura 7.2. Evolución del peso de una muestra de suelo que es sometida a una tensión de 60 hPa. El sector A señala el momento en que la muestra alcanzó el equilibrio y, por lo tanto, debe ser pesada. El punto B señala el momento en que se aplicó la siguiente tensión.

Cuadro 7.1. Clasificación de los poros del suelo de acuerdo a su tamaño.

Tipos de Poros Diámetro [µm] Tensión [hPa] Tensión [pF]

Poros de drenaje rápido (PDR) > 50 0 – 60 0 – 1,8

Poros de drenaje lento (PDL) 50 – 10 60 – 330 1,8 – 2,5

Poros de retención agua útil (PAU) 10 – 0,2 300 – 15430 2,5 – 4,2

Poros de agua inútil (PAI) < 0,2 > 15430 > 4,2

1 hPa = 1 cm de columna de agua = 0,001 atmósfera

Las tensiones a las que deben ser sometidas las muestras se pueden desarrollar por medio de dos métodos: i) presión de aire (en ollas de presión) y ii) succión (p.ej. en bandejas de arena con nivel freático controlado).

B



2 Equipos y materiales especiales para muestras no alteradas o alteradas

2.1 Ollas de presión (5 bar pressure plate extractor, 15 bar pressure plate extractor) Estas deben poseer manómetros de presión con sensibilidad suficiente para registrar presiones desde 0,06 atmósferas (60 hPa) y ser capaces de soportar presiones hasta 15 atmósferas (15430 hPa). (Fotografia 1).

2.2 Camas de arena. La construcción de una cama de arena (ver Anexo 1) puede ser una alternativa frente a una olla de presión cuando se quiera determinar algún punto de la curva de retención de agua a bajas tensiones (entre 5 y 60 hPa) por medio del método de succión.

2.3 Compresor. Este debe ser capaz de superar las 15 atmósferas. (recomendable compresor eléctrico con capacidad hasta 20 atmósferas).

2.4 Platos cerámicos. Estos deben soportar una presión entre 0,06 atmósferas (60 hPa) y 15 atmósferas (15430 hPa). Existen distintos diseños según el rango de presión a aplicar. (1, 3, 5, 10 y 15 bar) (Fotografía 2)

2.5 Cilindros o anillos de retención para muestras de suelo, los cuales pueden ser de PVC (Fotografía 2).

2.6 Balanza electrónica. La exactitud debe alcanzar (0,01 g).

2.7 Cilindros según se recomienda para densidad aparente (Método 5.1 en cuadro 5.1)

2.8 Papeles filtro. Se recomienda que estos tengan un diámetro de poros de 3 micras. En su reemplazo se puede utilizar una tela fina de dimensión estándar.

2.9 Elásticos.

2.10 Tijera y cuchillo.

2.11 Estufa para secado capaz de mantener una temperatura de 105°C ± 5°C.

Fot.1. Olla a presión 5 bar y 15 bar. Fot. 2. platos cerámica y anillos de retención de suelo.

3 Preparación de las muestras de suelo colectadas (no alteradas o alteradas)

3.1 La correcta determinación de la curva de retención de agua pasa por la recolección de suelo lo menos alterado posible, o sea, un material que refleje de la mejor manera posible las características del suelo de acuerdo a la realidad in situ. El uso de suelo no disturbado permite reflejar la funcionalidad del suelo tal cuál es en relación al ordenamiento espacial de los poros y la posible hidrofobia que pueda manifestarse, de ahí la importancia de un adecuado muestreo. Como



directriz del tipo de cilindro a usar, véase Método 5.1 (densidad aparente, cuadro 5.1).

3.2 La determinación de la curva de retención de agua asume que el suelo está constituido por una serie de capilares de distinto diámetro interconectados entre sí. Por lo tanto, independientemente del método utilizado para alcanzar las distintas tensiones (vía presión o succión) se debe i) partir con un suelo saturado con agua y ii) aplicar las tensiones sobre las mismas muestras de suelo con el fin de registrar correctamente el drenaje de los poros del suelo.

3.3 Para muestras alteradas: En caso que no se disponga de muestras no alteradas, se recomienda preparar la muestra de acuerdo al Método 1.1, suelo seco a 40±2ºC y <2 mm y seguir en el punto 7.5

3.4 Para muestras no alteradas: Como directriz del tipo de cilindro a usar, véase Método 5.1 (densidad aparente, cuadro 5.1). Ordenar las muestras de acuerdo al muestreo que se realizó identificando la procedencia de cada una de ellas. Siga en el punto 3.5

Nota 1

En el Anexo 2 se propone una planilla de ingreso de información y datos para muestras no alteradas.

3.5 Limpiar las muestras, eliminando el suelo que aún haya quedado adherido a la superficie externa del cilindro.

3.6 Nivelar el suelo a la dimensión del cilindro usando un cuchillo.

3.7 Eliminar las puntas de raíces que sobresalgan de la superficie del suelo cortando con una tijera.

3.8 Colocar un papel filtro en la base de cada muestra. Para que el filtro se acomode a la forma del cilindro se puede usar un elástico.

Nota 2

Es conveniente trabajar siempre con el mismo tipo de filtro y elástico, determinar su peso y estandarizarlo para corregir el efecto de su peso en el cálculo del contenido de agua del suelo. Como el papel filtro se rompe con facilidad, en su reemplazo se puede utilizar una tela fina de dimensión estándar.

3.9 Pesar las muestras de suelo.

3.10 Colocar las muestras de suelo en un recipiente.

3.11 Colocar entre 0,5 a 1 cm de agua en el recipiente para que las muestras de suelo se saturen lentamente por medio de ascenso capilar de agua para evitar la formación de inclusiones de aire en el suelo (Hartge y Horn, 2009). Este proceso puede durar de dos a tres días. En muestras de suelo que contengan un alto contenido de materia orgánica o arcillas densas, la saturación puede ser más larga en cuyo caso se puede facilitar la saturación por medio del uso de un surfactante (p.ej. agua con un poco de jabón). Las muestras están saturadas cuando brilla el agua en la superficie del suelo.

3.12 En el caso que las muestras de suelo se hinchen durante la saturación, se recomienda volver a nivelar el suelo de acuerdo al volumen del cilindro, luego seguir en el punto 4)



4 Procedimiento para la determinación de los puntos: -1, -60 y -330 hPa.

4.1 Estos puntos de la curva de retención de agua deben medirse sobre el mismo suelo no alterado para registrar correctamente el drenaje de los distintos poros del suelo. Por lo tanto, la determinación de la curva de retención de agua comienza toda vez que las muestras de suelo han sido saturadas.

4.2 Pesar las muestras saturadas con agua para definir el contenido volumétrico a 1

hPa de tensión (θ1hPa). Este punto permite definir el porcentaje de saturación del suelo (Ec. 7).

4.3 Equilibrar las muestras a 60 hPa de tensión (0,06 atmósferas). Esta tensión, que se puede alcanzar usando ollas de presión o camas de arena, permite drenar los poros hasta el nivel de los poros de drenaje rápido (PDR).

Nota 3

El volumen de poros de drenaje define la capacidad de aire del suelo (CA).

4.4 Método de presión de aire: las muestras de suelo deben ser dispuestas sobre los platos cerámicos (previamente saturados con agua) en la olla de presión. La presión debe ajustarse a 0,06 atmósferas y dejar por un par de días hasta que deje de salir agua de la olla. Lo anterior indica que se alcanzó un equilibrio entre la presión aplicada y la tensión con que es retenida el agua en el suelo (Figura 7.2).

4.5 Método de succión: las muestras de suelo se deben disponer sobre la superficie de arena húmeda, manteniendo el nivel freático del bidón o estanque a 60 cm de profundidad con respecto a la superficie de la arena (ver anexo 1). Las muestras de suelo deben quedar por algunos días dependiendo del tipo de suelo. Las muestras alcanzan un equilibrio con la tensión aplicada cuando no se produce una mayor variación en el peso (Figura 7.2). Por lo tanto, se recomienda calibrar el método pesando inicialmente las muestras todos los días hasta llegar a un equilibrio.

4.6 Pesar las muestras de suelo. Una vez que las muestras se equilibraron, se deben sacar de la olla (o bandeja) y se deben pesar usando la balanza electrónica de precisión.

4.7 Humectar ligeramente las muestras del suelo por la base usando un aspersor de agua. Los platos cerámicos y la superficie de arena de la cama también deben ser humectadas con el fin de conectar los poros de estos materiales con los del suelo.

4.8 Equilibrar las muestras a 330 hPa de tensión (0,33 atmósferas). Esta tensión se alcanza solamente en ollas de presión y permite drenar el agua hasta el nivel de los poros de drenaje lento (PDL). Las muestras de suelo deben ser dispuestas sobre los platos cerámicos en la olla de presión. La presión debe ajustarse a 0,33 atmósferas y dejar por el tiempo necesario hasta que deje de salir agua de la olla. Lo anterior indica que se alcanzó un equilibrio entre la presión aplicada y la tensión con que es retenida el agua en el suelo.



4.9 Pesar las muestras de suelo. Una vez que las muestras se equilibraron, se deben sacar de la olla y se deben pesar usando la balanza electrónica de precisión.

4.10 Una vez que las muestras han pasado por todas las tensiones, se deben secar en la estufa a 105°C por 24 horas.

4.11 Pesar las muestras de suelo.

4.12 Pesar por separado el cilindro, el papel filtro (o tela) y el elástico.

Nota 4

Se recomienda que el pesaje de las muestras sea rápido para evitar la evaporación de agua como así también se sugiere llevar el registro del peso de 1 papel filtro + liga que haya sido expuesto a todas las tensiones (1, 60 y 330 hPa) con el fin de descontar su peso en el cálculo final. No es recomendable sacar el papel filtro cuando se quiere pesar una muestra de suelo, ya que es común que se produzcan pérdidas de suelo.

4.13 En caso que se hayan usado muestras disturbadas, una vez saturadas las muestras de suelos en los anillos, aplicar las presiones (mediante el compresor eléctrico instalado para estos efectos) a las cuales serán sometidas las muestras. Una vez alcanzado el equilibro de la presión requerida, lo que ocurre cuando deja de salir agua por la sonda de drenaje de la olla, el sistema se descomprime y se toman las muestras para determinar el contenido agua en base suelo seco de las muestra según (Método 2.1). repitiéndose el proceso para cada uno de las presiones solicitadas. (completar e informar según cuadro 9.1)

5 Procedimiento para la determinación del punto: -15430 hPa.

5.1 Tamizar el suelo a 2 mm.

Nota 5

Para este punto se usan muestras en cilindros de menor tamaño (20 cm3). Estas muestras pueden ser armadas a partir de suelo disturbado ya que depende de la textura del suelo y no de su estructura.

5.2 Llenar los cilindros de suelo con el suelo tamizado.

5.3 Saturar las muestras de suelo por medio de ascenso capilar de agua.

5.4 Equilibrar las muestras a 15430 hPa de tensión (15 atmósferas). Esta tensión se alcanza solamente en platos de presión y permite drenar el suelo hasta los poros de agua inútil (PAI). Para ello se disponen muestras de suelo sobre el plato cerámico (previamente saturados con agua) en la olla de presión. La presión debe ajustarse a 15 atmósferas y dejar hasta que deje de salir agua de la olla. Lo anterior indica que se alcanzó un equilibrio entre la presión aplicada y la tensión con que es retenida el agua en el suelo.

5.5 Sacar las muestras de la olla una vez que estas se hayan equilibrado y pesarlas usando la balanza electrónica de precisión.

5.6 Secar las muestras en la estufa a 105°C por 24 horas.



5.7 Pesar las muestras para determinar la masa del suelo seco.

5.8 Pesar por separado el cilindro, el papel filtro (o tela) y el elástico.

6 Determinación de la densidad real y aparente.

6.1 La determinación de ambas densidades es fundamental para definir el espacio poroso (EP) del suelo. La metodología requerida se explica en los Capítulos 5 y 6.

7 Cálculos

7.1 Determinación del contenido gravimétrico de agua.

En términos generales la determinación del contenido gravimétrico de agua (Θ) o base masa (Bm) para cada tensión se resume de la siguiente forma:

ss

sssh

M

MM −=θ [%Bm] (Ec. 3)

En donde, para la determinación de la masa de suelo húmedo (Msh) y seco (Mss), se deben descontar la masa del cilindro, el filtro y la liga (Mc+x):

xcxcshsh MMM +++ −= [g] (Ec. 4)

xcxcssss MMM +++ −= [g] (Ec. 5)

Por lo tanto, si a 60 hPa de tensión la masa de una muestra alcanza los 450,39 g y se dan las siguientes condiciones, se puede proceder el cálculo del contenido gravimétrico de agua:

Cuadro 7.2. Ejemplo de cálculo del contenido gravimétrico de agua a 60 hPa de tensión.

Objeto Unidad Valor Masa suelo húmedo (Msh) [g] 450,39 Masa papel filtro + liga (húmedo) [g] 2,69 Masa suelo seco [g] 328,58 Masa cilindro [g] 178,40 Masa papel filtro + liga (seco) [g] 1,23 Θ(60 hPa) [%Bm] 80,8



7.2 Determinación del contenido volumétrico de agua.

El contenido volumétrico de agua (θ) o base volumen (Bv) depende del contenido gravimétrico de agua (Θ) y de la densidad aparente del suelo (Da), tal que:

ss

sssh

c

ss

ss

sssha

M

MM

V

M

M

MMesdecirD

−=

⋅

−⋅Θ= :;θ [%Bv] (Ec. 6)

De la misma forma que en la determinación de Θ, para el cálculo del contenido volumétrico de agua (θ) se debe descontar la masa del cilindro y del filtro más la liga, como así también, se debe considerar el volumen del cilindro de referencia (Vc). De acuerdo al ejemplo anterior, tenemos:

Cuadro 7.3. Ejemplo de cálculo del contenido volumétrico de agua a 60 hPa de tensión.

Objeto Unidad Valor Masa suelo húmedo (Msh) [g] 450,39 Masa papel filtro + liga [g] 2,69 Masa suelo seco [g] 328,58 Masa cilindro [g] 178,40 Masa papel filtro + liga [g] 1,23 Θ(60 hPa) [%Bm] 80,8 Volumen cilindro [cm3] 220 Densidad aparente (Da) [Mg m-3] 0,68 θ(60 hPa) [%Bv] 54,7

7.3 Determinación del porcentaje de saturación de las muestras

Una buena saturación de las muestras de suelo se alcanza cuando el agua llena todos los poros del suelo. El porcentaje de saturación de agua de una muestra se puede calcular de la siguiente forma:

( )hPa

EPS

1θ= [%] (Ec. 7)

El porcentaje de saturación (S) debe ser ≥ 90%. No siempre coincide que EP=θ(1hPa) debido a procesos de hinchamiento que sufre la muestra al humectarse.

7.4 Determinación de la distribución de poros por tamaño

El cálculo de la distribución de poros por tamaño se basa en la determinación del contenido volumétrico de agua lo que permite la construcción de una curva de retención de agua (Figura 1).

De acuerdo a ello, la definición de los distintos tipos de poros se realiza mediante las siguientes ecuaciones (Cuadro 7.4).



Cuadro 7.4. Cálculo de los distintos poros del suelo según su tamaño.

Tipos de Poros Tensión [hPa] Ecuación Poros de drenaje rápido 0 – 60 PDR = EP – θ(60hPa) Poros de drenaje lento 60 – 330 PDL = θ(60hPa) – θ(330hPa) Poros de agua útil 330 – 15430 PAU = θ(330hPa) – θ(15430hPa) Poros de agua inútil > 15430 PAI = θ(15430hPa)

7.5 Para muestras disturbadas, ordenar en forma circular y en el sentido horario los anillos de retención dispuestos sobre los platos de cerámica según corresponda las presiones a usar (se entiende que existe una olla con platos hasta 5 atmósferas de presión y una segunda olla con platos con un diseño capaz de soportar 15 o más atmósferas de presión), se deben llenar los anillos de retención (fotografia. 2) con suelo 40±2ºC y tamizado <2 mm (método 1.1), sobre los platos cerámicos verter agua +- 1 cm de altura y dejar embeber los suelos por capilaridad hasta que alcancen la saturación (24 horas) o brille la superficie del suelo, en aquellos suelo con hidrofobisidad dominante (repelencia al agua y/o excesos de materia orgánica) se puede agregar una gotas de alcohol en la superficie de la muestra dispuesta en los anillos de retención, de manera de romper la tensión superficial y favorecer el asenso capilar del agua. (Fotografía 1 y 2)

7.6 Generalmente se utilizan los puntos 0,33 atmósferas, conocido como capacidad de campo (CC) y 15 atmósferas, señalado como punto de marchitamiento permanente (PMP), para determinar la capacidad de estanque o acumulación de agua aprovechable para plantas (poros de agua útil), como esto es solo una aproximación general dado que la fisiología de las plantas responden de forma diferente al estrés hídrico, debe considerarse este valor más bien como un indicador de calidad de suelo. El cálculo seria:

Agua útil (AU) = CC – PMP

Además, el agua útil es posible definirla como altura de agua mediante la siguiente relación:

HA = (CC –PMP)/100 * Da * z * (1 - P)

Donde:

HA = altura de agua (cm)

CC = capacidad de campo (%hbss)

PMP = punto de marchites permanente (%hbss)

Da = densidad apetente del suelo (g cm-3) (método 6)

z = profundidad de suelo involucrada (cm)

P = fracción relativa de predregosidad (g g-1), solo si existe pedrogosidad



8 Informes

8.1 Informar el resultado obtenido, con un decimal como:

Presión (atmósferas) % hbss

0,06

0,33 (CC)

1

….. (otras presiones medidas)

15 (PMP)

AU = CC-PMP

AU = agua util o disponible

Nota 5

La metodología para los suelo alterados es perfectamente aplicable a muestras no alteradas, siguiendo los pasos indicados en cuanto a la preparación de la muestra en (3.4) e instalando los cilindro en las ollas respectivas, las distintas tensiones o presiones, que se proponen de aplicar a las muestras de suelo no alteradas de manera de construir la curva de retención de humedad, es correcto el uso de ollas de presión (5 bar pressure plate extractor, 15 bar pressure plate extractor) puesto que poseen manómetros de presión con sensibilidad suficiente para registrar presiones desde 0,06 atmósferas (60 hPa) y son capaces de soportar presiones hasta 15 atmósferas (15430 hPa), esto permite un control riguroso de las presiones aplicadas a través del compresor.

9 Repetitividad

De la misma forma que en la determinación de la densidad aparente por el método del cilindro, la determinación del contenido volumétrico de agua en el suelo genera valores de coeficiente de variación (CV) en rangos de 3 a 26%. Sin embargo, la variabilidad puede aumentar, dependiendo de la estrategia del muestreo por lo que se requiere especial cuidado al momento de la elección del sitio y de la toma de las muestras. Si se desea representar la variabilidad del suelo y se toman muestras al azar es normal tener valores de CV mayores a los señalados por la literatura.



10 Bibliografia

10.1 Bear, J. 1972. Dynamics of Fluids in Porous Media, Elsevier, New York, 764 S.

10.2 Dörner, J., D. Dec, X. Peng, and R. Horn. 2009. Efecto del cambio de uso en la estabilidad de la estructura y la función de los poros de un Andisol (Typic Hapludand) del sur de Chile. J. Soil Sci. Plant Nutr. 9:190-209.

10.3 Dörner, J., Sandoval, P., Dec, D. 2010. The role of soil structure on pore functionality of an Ultisol. Journal of Soil Science and Plant Nutrition 10(4): 495-508.

10.4 Durner, W. 1996. Hydraulic conductivity estimation for soils with heterogeneous pore structure. Water Resour. Res. 30: 211-233.

10.5 Hartge, K.H., Horn, R. 2009. Die physikalische Untersuchung von Böden. Praxis Messmethoden Asuwertung, 4. vollst. Überarbeitete Auflage. Schweizerbart, Stuttgart, Germany.

10.6 Kutilek, M., Nielsen, X. 1994. Soil hydrology. Catena Verlag, Cremlingen, Germany.

10.7 van Genuchten M. Th. 1980. A closed – form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. SSSAJ 44: 892 – 898.



Figura 7.3. Diagrama de flujo para la determinación de la curva de retención de agua en muestras no alteradas.

Ordenar las muestras según tratamientos

Preparación muestras en laboratorio

¿Cuenta con suelo

no alterado?

si

no

Limpiar las muestras

Pesar las muestras

¿Sobresale alguna raíz?

Colocar en recipiente

Preparar muestras de suelo a partir de suelo disturbado

(método 1.1)

¿Sobresale suelo del cilindro?

Nivelar el suelo

si

no

Cortar con tijera

Colocar papel filtro

si

Agregar agua y dejar por 2 días

Pesar las muestras

¿Brilla la superficie del suelo?

¿Sobresale suelo del cilindro?

si

no

Dejar en agua por 2 días más

Nivelar el suelo si

1

no

no



Figura 7.3. Diagrama de flujo para la determinación de la curva de retención de agua en muestras no alteradas (continuación).

Pesar las muestras

Suelo saturado por ascenso capilar de agua

si

Equilibrar las muestras a -330 hPa

Calcular e informar

Equilibrar las muestras a -60 hPa

¿Terminó la pérdida de agua desde el suelo?

Pesar las muestras


Dejar hasta que termine la pérdida de

agua

no

no

Secar a 105ºC por 24 horas

Pesar muestras

Pesar cilindro, papel y elástico


agua

si

Repetir para las demás tensiones

deseadas



Figura 7.4. Diagrama de flujo para la determinación de la curva de retención de agua

muestras alteradas.

Pesar las muestras

Saturar suelo por ascenso capilar de agua

si

Calcular e informar



agua

no

Secar a 105ºC por 24 horas (Método 1.2)

Pesar muestras

Pesar cilindro, papel y elástico

Equilibrar las muestras a la presión del punto a estimar de

la curva.

Preparar suelo 40±2ºC y tamizado <2 mm

(método 1.1), llenar anillos dispuestos en los

platos cerámicos.

1

¿Completó todos los puntos

requeridos?

no

si



ANEXO 1 Camas de arena

ANEXO 2 CUADRO PARA DATOS

30 c m

1

2

3

4

5

6

7

Número Elem ento

1 Bi dón de 200 l it ro s

2 Tuv o P V C c on or ific ios

3 A rena

4 So po rtes de m adera

5 Tuv o P V C c on tapa p ara

regu lar al tu ra d el n iv el

freát ico

6 So po rte para co ntrolar la

a ltu ra d el niv el freáti co

7 Man guera desagüe de agua



Suelo \ Manejo Pelchuquín \ Pradera sembrada Peso muestras en función de la tensión (ψm)

Profundidad N° Cilindro Masa Cil. Volumen Cil. Masa Cil. Terreno Tensión 0 60 330 105°C

[cm] [g] [cm3] [g] Masa [g] [g] [g] [g]

Masa Filtro 4 4 3 2

5 30 178,4 220 434,5 474,81 465,4 456,17 453,33

29 179,01 220 440,38 480,75 472,57 464,69 462,04

8 177,64 220 457,66 499,94 489,52 480,27 478,88

33 180,15 220 458,62 504,28 493,74 485,95 484,87

24 180,05 220 477,7 506,16 501,54 498,74 496,89

25 177,02 220 432,12 478,75 466,97 458,86 457,04

Suelo \ Manejo Peso muestras en función de la tensión (ψm)

Profundidad N° Cilindro Masa Cil. Volumen Cil. Masa Cil. Terreno Tensión 0 60 330 105°C

[cm] [g] [cm3] [g] Masa [g] [g] [g] [g]

Filtro

mÉtodos de anÁlisis fÍsico de suelos mÉtodos de anÁlisis fÍsico de suelos marco sandoval...

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