PRACTICA 6 Caracterización Física de los Suelos-Parte 2

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA

DIVISIÓN DE CBS-DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA

LABORATORIO DE EDAFOLOGÍA

PROFESOR M. EN C. SERGIO ROMERO VALLEJO

PRACTICA 6

Caracterización Física de los Suelos-Parte 2

Propósito del Ejercicio: Realizar un análisis mecánico de los suelos utilizando el método del hidrómetro, observar el efecto de la textura sobre la retención de la humedad,  poder aprender a leer un triángulo de texturas y practicar la determinación de la textura del suelo y la manipulación de la humedad de las muestras.

Objetivos de la instrucción:

1. Definir los siguientes términos: textura de suelo, hidrómetro, análisis mecánico, agentes dispersantes, partículas primarias y consistencia del suelo.
2. Dados los porcentajes de arena, limo y arcilla de una muestra de suelo en un triángulo, determinar la clase textural del suelo.
3. Dadas las muestras de suelo y la provisión de humedad del punto de adherencia, utilice la técnica de campo para determinar la clase textural del suelo.
4. A partir de la Ley de Stoke’s, identifique las variables que influyen en la sedimentación de las partículas.
5. Empleando el equipo proporcionado, ser capaz de realizar una determinación textural de una muestra de suelo aplicando el hidrómetro. Tomando la lectura del hidrómetro efectuar la corrección por la temperatura; calcule  los porcentajes de arena, limo y arcilla de la muestra.
6. Establezca tres diferentes supuestos hechos en la aplicación de la Ley de Stoke´s  durante la sedimentación de partículas de suelo en un cilindro.
7. Describa y defina los pasos seguidos para alcanzar la dispersión del suelo de una muestra.
8. Distinguir como se siente entre  los dedos un suelo arcilloso y un suelo arenoso; ser capaz de comprender el área de la superficie de partículas por unidad de volumen; así como entender la resistencia a la manipulación durante el estado húmedo y seco de un suelo.    

Introducción

Físicamente los suelos son cuerpos con poros abiertos capaces de retener humedad, contienen partículas minerales de muchos tamaños y formas, así como materia orgánica con carácter coloidal. Las partículas coloidales son tan pequeñas que podrían permanecer suspendidas en el agua indefinidamente, éstas permanecen en contacto unas con otra, pero raramente forman paquetes entre sí. Los  espacios vacíos entre partículas llamados poros están interconectados y se utilizan como  almacenamiento de gases y líquidos.

La distribución del tamaño de las partículas inorgánicas primarias denominado textura del suelo tiene una fuerte influencia sobre las propiedades del suelo. Las partículas mayores de 2mm de diámetro son consideradas inertes, y sólo guardan interés en caso de que sus dimensiones interfieran con las prácticas agrícolas. Así las partículas menores a 2 mm de diámetro, se encuentran divididas en tres categorías amplias basadas en su tamaño. De acuerdo con la clasificación del Departamento de agricultura de los Estados Unidos, las partículas entre 2-0.05 mm de diámetro son llamadas arenas; aquellas comprendidas en lo 0.5-0.002 mm de diámetro se les denomina limos; y finalmente las partículas <0.002 mm son nombradas las arcillas. Cabe indicar que existen otras clasificaciones como la Internacional que se emplea en la mayor  parte del mundo, la de la FAO-UNESCO que aparece en la leyenda de los mapas de suelo, y la Francesa.. Por lo común la textura de los suelos se expresa en términos de porcentaje por peso de arena, limo y arcilla de suelo secado en el horno a 110° C.

La consistencia del suelo es una descripción de su condición física a contenidos diferentes de humedad como una evidencia a la respuesta des suelo a la manipulación y estrés. Los adjetivos descriptivos como: duro, suelto, friable, firme, plástico y pegajoso, son utilizados para expresar la consistencia. El comportamiento de un suelo a diferentes contenidos de humedad es de suma importancia para los ingenieros ya que afecta la compactación o su manejo a costos diferentes. La consistencia es determinada primariamente por la textura, sin embargo se encuentra relacionada con otras propiedades tales como: materia orgánica, y tipo de minerales arcillosos, amén del contenido y tipos de sales disueltas en el suelo.

Análisis Mecánico

1. Principios

El análisis mecánico consiste en la separación de las partículas del suelo por sus tamaños con lo cual se determina la textura del mismo. Los resultados son expresados como porcentajes de arena, limo y arcilla dentro de la fracción del suelo menor a 2 mm de diámetro.

La fracción arenosa puede separarse de los limos mediante el uso de tamices. Los tamices se emplean para obtener varios separados dentro de la fracción arenosa.

La separación del limo de las partículas arcillosas está basada en su comportamiento en la velocidad de caída, es decir su velocidad de sedimentación al encontrarse suspendida en agua. Las partículas sólidas suspendidas en el agua caen a una determinada velocidad afectadas por la gravedad, la temperatura del agua y la viscosidad del medio, su caída es diferencial en virtud de su diámetro. La resistencia a la caída depende del factor viscosidad, es decir: la resistencia que ofrece la partícula en el medio suspendido, para el caso de las partículas del suelo éstas se encuentran entre los rangos de 2.4-2.8 gm/cm3   mientras que la densidad y la viscosidad del agua permanecen constantes a una temperatura constante,  así la relación entre tamaño de partícula y su caída es buena. En otras palabras: La velocidad de caída de una partícula dado un diámetro es directamente proporcional al cuadrado de su radio según la Ley de Stoke´s.

[pic 1]

[pic 2][pic 3]                                                    [pic 4][pic 5]

   v = velocidad de caída en cm/seg        g  = aceleración gravitacional en cm/seg2

 dp = densidad de partícula en  gr/cm3        r  = radio de la partícula en cm

dw = densidad del agua en gr/cm3         n = viscosidad absoluta del agua en poises gm/cm.seg

[pic 6]

Para efectuar el análisis mecánico es necesario[pic 7] completar primeramente la dispersión de las partículas del suelo, la dispersión se alcanza cuando todos los agregados están destruidos y cada partícula inorgánica primaria se mueve independientemente de las otras partículas.

Para lograr la dispersión de un suelo primero es necesario oxidar la materia orgánica ( con valores mayores al 2%) en baño maría, aplicando H2O2 al 10 %; en caso de contener carbonatos eliminarlos mediante aplicación de HCL al 10 %; después, agregar agentes químicos dispersores y aplicar agitación mecánica o vibración ultrasónica. La materia orgánica es responsable de cementar y mantener unidas a las partículas primarias. El agente dispersante puede ser Calgon (hexametafosfato de sodio), donde el sodio actúa siendo absorbido por las partículas arcillosas, con lo cual las partículas tienden a repelerse entre sí en medio de la suspensión del agua disgregándose los cúmulos denominados flóculos, la presencia del ión sodio incrementa el potencial “Z”, es decir las fuerzas electrostáticas de atracción disminuyen.

El suelo como un conjunto de materiales naturales está constituido por una fracción mineral que constituye un grupo de partículas que varían en tamaño, contiene una fracción de materia orgánica descompuesta en variados ácidos húmicos y fúlvicos y entre tales tipos de componentes llega a encontrarse diversos tipos de sales que llegan a cristalizar, las cuales contribuyen  al efecto de la cementación. En otros casos las mismas arcillas y minerales de hierro intervienen en la formación y estabilización de los grumos o flóculos de suelo. Una combinación de todos los agentes mencionados son los responsables de mantener unidas a las partículas del suelo en su estado natural  por lo que se hace necesario romper dicha agregación mediante los mecanismos ya mencionados: químicos, físico-químicos y los mecánicos incluidos el ultrasonido. Lo anterior facilita la velocidad de caída de los diferentes tamaños de partículas individuales.

1. El método del Hidrómetro de Bouyoucos para el Análisis Mecánico.

Este es un método sencillo y relativamente rápido para el análisis de las partículas del suelo. Para iniciar cualquier determinación físico-química, es necesario contar con una cantidad de suelo previamente secada al aire, molida de preferencia en un mortero de madera aplicando golpes sin llegar a friccionar la muestra con el mazo y posteriormente haciéndola pasar por un tamiz de 2 mm de apertura con objeto de eliminar restos de raicillas y gravas del suelo.

Una vez preparada  la muestra de suelo, ésta, se dispersa bajo un intenso mezclado y se coloca dentro de una probeta de Bouyoucos, cuya densidad de la suspensión es medida mediante un hidrómetro. Considérese que las partículas de mayor tamaño y por ende mayor densidad son las primeras en caer, sucesivamente caerán las partículas de menor diámetro, siendo las más pequeñas las que toman más tiempo en recorrer la distancia vertical de la probeta. Durante el proceso, se puede observar que se forma un asentamiento de partículas por diámetros diferenciales, manteniéndose en suspensión una parte de ellas. Dependiendo del tipo de sales o minerales del suelo la solución toma un determinado color. Tómese en cuenta que la velocidad de caída es variable en función de la temperatura, por lo cual es indispensable el empleo de un termómetro para realizar las correcciones necesarias en los cálculos.

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