3.2: Densidad del Suelo
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Objetivos de aprendizaje
- Medir la densidad aparente del suelo y calcular las relaciones de volumen de poro
El flujo de líquidos y a través del suelo es esencial para la existencia de plantas y otros organismos del suelo. Esos flujos dependen de la porosidad del suelo y la conectividad de los poros. La porosidad del suelo también depende de, e inversamente relacionada con, la densidad del suelo. Si se compacta un suelo, los sólidos del suelo se empaquetan en un volumen más pequeño y las partículas se empaquetan más juntas. Esto da como resultado un menor volumen total de poros. Así, a medida que aumenta la densidad del suelo, la porosidad disminuye. La densidad del suelo es relativamente simple y barata de medir. Este laboratorio implica una demostración del uso de un muestreador de densidad de suelo, y un conjunto de problemas que se enfoca en cálculos de densidad de suelo común.
Materiales
- Muestreador de densidad aparente del suelo
- Juego de problemas de densidad del suelo
Lectura y visualización recomendadas
- Descripción general de la densidad aparente del suelo (CropWatch — Youth, 2013a)
- Prueba de densidad aparente del suelo (CropWatch — Youth, 2013b)
- Densidad aparente (USDA NRCS, 2008a)
- Densidad aparente del suelo/humedad/aireación (USDA NRCS, 2019)
Asignación Prelab
Con los recursos recomendados de lectura y visualización y la introducción a este laboratorio, responda las preguntas que se enumeran a continuación. Estas definiciones/preguntas proporcionarán un resumen conciso de los principales conceptos abordados en el laboratorio. También son útiles como notas de estudio para exámenes.
- Definir y explicar las diferencias entre densidad de partículas, densidad aparente y gravedad específica.
- Describir la relación entre 1) densidad aparente y porosidad y 2) densidad de partículas y porosidad. Escribir una expresión matemática para estas relaciones.
- ¿Cuál es el rango típico de valores de densidad aparente para suelos minerales? ¿Cuál es el rango de valores de densidad aparente para un suelo orgánico?
- ¿Cuáles son los tamaños de los macroporos y microporos?
- Describa brevemente los procesos de formación de la estructura del suelo (agregado).
- Describir varios ejemplos de prácticas de manejo del suelo que aumentan o disminuyen la densidad aparente del suelo.
Introducción
Las propiedades físicas del suelo controlan el comportamiento mecánico de los suelos e influirán fuertemente en el uso y manejo del suelo. Varias propiedades físicas importantes han sido discutidas en otros laboratorios: textura, estructura, color y consistencia. En este laboratorio se medirán propiedades físicas adicionales y se discutirán sus implicaciones para el manejo del suelo.
Densidad aparente, densidad de partículas y espacio de poro
El suelo representa una disposición única de sólidos y vacíos. Los huecos, o espacio de poro, son importantes para el movimiento y almacenamiento del aire y el agua. El espacio total de poros consiste en los vacíos entre arena, limo y partículas de arcilla y vacíos entre agregados de suelo. Por lo tanto, la textura y la estructura gobiernan la cantidad de espacio poroso del suelo. La materia orgánica afecta la porción sólida del suelo pero también influye indirectamente en la porosidad a través de su efecto sobre la estructura.
Densidad se refiere a una masa por unidad de volumen. La densidad aparente de un suelo se refiere a la masa de un volumen de suelo seco. El volumen incluye tanto sólidos como poros. La densidad de partículas se refiere a la masa de sólidos por volumen de los sólidos solos. Estas dos mediciones de densidad proporcionan una visión importante de la naturaleza física de un suelo determinado. La densidad del suelo juega un papel importante tanto en el crecimiento de las plantas como en los usos de ingeniería del suelo. Las fórmulas para calcular la densidad aparente y la densidad de partículas siguen:
\[\text{Bulk density, }ρ_\text{b}=\frac{\text{mass of oven dry soil}}{\text{total soil volume}}\]\[\text{Particle density, }ρ_\text{p}=\frac{\text{mass of oven dry soil}}{\text{volume of soil solids}}\]
Las unidades de densidad se expresan típicamente en g cm — 3 o Mg m -3.
Tenga en cuenta que el volumen total de la muestra de suelo es igual al volumen de los sólidos y el volumen de los poros.
La porosidad es la relación entre el volumen de los poros en una muestra de suelo y el volumen total de la muestra:
\[\text{Porosity, }φ=\frac{\text{volume of pores}}{\text{total soil volume}}\]
Sin embargo, es difícil medir el volumen de poros en una muestra de suelo. En la práctica, la porosidad se calcula normalmente usando la fórmula:
\[\text{Porosity, }φ=1-\frac{ρ_\text{b}}{ρ_\text{p}}\]
La porosidad generalmente se expresa como decimal, pero también se puede expresar como un porcentaje multiplicando la forma decimal por 100%.
Las muestras para determinar la densidad aparente deben recolectarse con mucho cuidado para asegurar que la muestra representa la condición in situ deseada y no se ha producido compactación o aflojamiento adicional. Un método para determinar la densidad aparente es el método “core”. Un núcleo de suelo cilíndrico (relativamente) no perturbado se recolecta utilizando un dispositivo como el que se muestra en la Figura 8.1.
El peso de conducción se eleva y se deja caer repetidamente para impulsar el muestreador hacia el suelo. Cuando se alcanza la profundidad deseada, el dispositivo se retira del suelo y se retira el cilindro metálico removible que contiene la muestra de tierra. Con las dimensiones del cilindro y el peso del suelo seco al horno dentro del cilindro, podemos calcular la densidad aparente.
Procedimiento de Muestreo
- Inserte un anillo de metal de 1.5 cm, un núcleo de metal de 6 cm y luego un segundo anillo de metal de 1.5 cm en el barril del muestreador de núcleos, luego vuelva a colocar el barril al mango. La muestra se mantendrá en el cilindro más largo; los dos anillos de 1.5 cm son espaciadores, que ayudan a asegurar una muestra de suelo intacta.
- Coloque el muestreador sobre el lugar de muestreo deseado y luego colóquelo en el suelo con el martillo deslizante en la parte superior del mango. Deténgase cuando la tapa del barril esté nivelada con la superficie del suelo.
- Retire el muestreador del suelo empujando contra el mango hasta que el eje vertical del mango quede paralelo a la superficie del suelo.
- Retire el barril del muestreador y empuje suavemente el núcleo fuera de la parte superior del barril, teniendo cuidado de mantener el núcleo intacto.
- Corte cuidadosamente entre los dos anillos más cortos y el núcleo principal. Coloque el núcleo en un recipiente etiquetado previamente pesado y colóquelo en la tapa.
- De vuelta al laboratorio, pese cada bote más tierra húmeda.
- Determinar el peso del suelo seco en la muestra.
- Mida la longitud y diámetro de los cilindros metálicos.
- Utilice esta información para calcular la densidad aparente, la porosidad y el volumen de poros llenos de agua.
Determinar el peso del suelo seco en la muestra
El método más simple es secar la muestra en un horno convencional:
- Retire las tapas de todos los botes y colóquelos en un horno de 105C. Secar durante la noche.
- Registre el peso final de cada bote (incluyendo la tapa) más tierra seca al horno.
- Calcular el contenido de humedad de las muestras:
\[\text{Mass of water}=(\text{mass of beaker}+\text{moist soil})-(\text{mass of beaker}+\text{dry soil})\]\[\text{Mass of dry soil}=(\text{mass of beaker}+\text{dry soil})-\text{mass of beaker}\]\[\text{Percent moisture}=\frac{\text{mass of water in soil}}{\text{mass of oven dry soil}}\times100\text{%}\]
- Calcule el peso seco del suelo en cada cilindro y registre los datos:
\[\text{Dry weight}=\frac{\text{wet weight}}{1+(\frac{\text{percent moisture}}{100\text{%}})}\]
Actividad 1 y tarea: conjunto de problemas
El conjunto de problemas se le proporcionará al inicio de la sesión de laboratorio. Estarás trabajando con tus compañeros de clase para completarlo durante el laboratorio. Tu instructor de laboratorio te ayudará según sea necesario.