1.9: Densidad aparente, densidad de partículas y porosidad

Propósito:

Al finalizar este ejercicio de laboratorio, los estudiantes deben ser capaces de medir directamente la densidad aparente y la densidad de partículas utilizando el método de cilindro graduado para muestras de suelo no agregadas de textura gruesa. Los estudiantes también aprenderán a calcular la porosidad del suelo.

Resultados de aprendizaje:

Al finalizar este ejercicio deberá ser capaz de:

• medir directamente la densidad aparente y la densidad de partículas usando el método de cilindro graduado para muestras de suelo no agregadas con textura gruesa
• determinar la densidad aparente de un núcleo de suelo, teniendo en cuenta la compactación durante la recolección
• calcular la porosidad del suelo

Antecedentes:

De Brady y Weil, La naturaleza y las propiedades de los suelos, 13 ª Ed. Los suelos están compuestos por una combinación de sólidos (partículas del suelo), líquidos (agua del suelo) y gases (atmósfera del suelo). Las porciones de líquido y gas son esenciales para el crecimiento de las plantas y se encuentran en los espacios porosos entre los sólidos del suelo. La densidad aparente es una medida de la masa de un suelo por volumen dado (es decir, g/cm3), incluyendo sólidos y espacios porosos. La densidad aparente es una propiedad del suelo comúnmente medida por agricultores e ingenieros. Los suelos de alta densidad aparente son suelos con poco espacio poroso, por lo que se reduce la infiltración de agua, se inhibe la penetración de las raíces y se restringe la aireación, lo que reduce la productividad agrícola Los suelos de baja densidad aparente se compactan fácilmente y pueden asentarse considerablemente en detrimento de carreteras, aceras y cimientos de edificios.

La densidad de partículas es una medida de la masa de sólidos del suelo por volumen dado (g/cm3); sin embargo, el espacio de poro no se incluye como lo es con la densidad aparente. La densidad de partículas es similar a la gravedad específica de un sólido y no se ve afectada por el uso del suelo. La densidad de partículas se aproxima a 2.65 g/cm3, aunque este número puede variar considerablemente si la muestra de suelo tiene una alta concentración de materia orgánica, lo que disminuiría la densidad de partículas, o minerales de alta densidad como magnetita, granate, hornblende, etc.

La porosidad, el porcentaje en volumen de una muestra de suelo no ocupada por sólidos, está directamente relacionada con la densidad aparente y la densidad de partículas. Si la densidad de partículas permanece constante, a medida que la densidad aparente aumenta la porosidad disminuye.

Equipo requerido:

• 2 muestras de suelo arenoso: una gruesa y otra fina
• Equilibrio de carga superior
• Espátula de suelo
• Cilindro graduado de 100 mL
• Vazo de precipitados de 50 mL (2)
• Botella de agua
• Calculadora
• Toallas de papel
• Cubeta para barro

Ejercicio:

1. Agregar un poco más de 50 mL de las dos muestras de suelo a los vasos de precipitados de 50 mL.
2. Limpie y seque a fondo un cilindro graduado de 100 mL. Pesar y registrar el peso (A).
3. Agregue lentamente la Muestra de Suelo #1 al cilindro graduado prepesado a la línea de 10 mL. Compacte el suelo cayendo sobre una superficie acolchada como un libro, cuaderno, etc. al menos diez veces desde una altura de aproximadamente 2-3 pulgadas.
4. Repita este proceso en intervalos de diez mL hasta alcanzar la marca de 50 mL.
5. Use una espátula de suelo para nivelar la parte superior de la muestra en el cilindro graduado y agregue tierra con la espátula hasta que la parte superior de la muestra de suelo esté exactamente pareja con la línea de 50 mL; este es el volumen de masa del suelo compactado (B) (1 mL = 1 cm3).
6. Pesar y registrar el cilindro graduado más el peso compacto del suelo (C).
7. Devuelva cualquier muestra de suelo restante en el vaso de precipitados al recipiente de almacenamiento de muestras y al vaso de precipitados
8. Regresar la muestra de 50 mL en cilindro graduado al vaso de precipitados de 50 mL. Retirar toda la muestra dentro del cilindro graduado.
9. Ahora agregue exactamente 50 mL de agua al cilindro graduado, registro de volumen (E).
10. Vierta lentamente aproximadamente 25 mL de muestra de suelo del vaso de precipitados en agua en el cilindro graduado. Revuelva suavemente la mezcla de suelo/agua para eliminar cualquier burbuja de aire. Agrega la segunda muestra de 25 mL de tierra y revuelve a remover para eliminar las burbujas de aire.
11. Registrar el nuevo volumen (F)
12. Repita el proceso para la Muestra de Suelo #2.
13. Calcule la densidad aparente, la densidad de partículas y la porosidad usando las siguientes fórmulas:

 

	MUESTRA 1	MUESTRA 2
A. Peso del primer cilindro graduado
B. Volumen de masa de suelo compactado	50 mL	50 mL
C. Peso del primer cilindro más tierra compactada
D. Peso de la muestra de suelo (C — A)
E. Volumen de agua en 2do cilindro	50 mL	50 mL
F. Volumen de suelo y agua en 2do cilindro
G. Volumen de suelo (F — E)
H. Densidad aparente (g/cm3) (D/B)
I. Densidad de partículas (g/cm3) (D/G)
J. Porosidad del suelo (%) (100 — (H/I x 100))

 

Ejemplo
	MUESTRA
A. Peso del primer cilindro graduado	138.4 g
B. Volumen a granel del suelo compactado	50 cm ^3
C. Peso del primer cilindro más tierra compactada	223.90 g
D. Peso de la muestra de suelo (C — A)	85.43 g
E. Volumen de agua en 2do cilindro	50 cm ^3
F. Volumen de suelo y agua en 2do cilindro	83 cm ^3
G. Volumen de suelo (F — E)	33 cm ^3
H. Densidad aparente (g/cm3) (D/B)	1.66 g/cm ^3
I. Densidad de partículas (g/cm3) (D/G)	2.52 g/cm ^3
J. Porosidad del suelo (%) (100 — (H/I x 100))	34.13%