DETERMINACIÓN DE LA CURVA DE RETENCIÓN DE HUMEDAD Se denomina curva de retención de humedad a la representación gráfica de la variación del contenido de humedad y la fuerza con que las partículas de suelo retienen el agua. Experimentalmente se ha llegado a establecer que las curvas de retención de humedad están directamente relacionadas con el crecimiento de las plantas, ya que indican claramente la disponibilidad de agua. La humedad a capacidad de campo (CC) y a punto de marchitamiento permanente (PMP) se obtiene a 0.3 y 15 atmosferas respectivamente, por diferencia se obtiene la humedad aprovechable por las plantas, considerándose que a capacidad de campo la humedad aprovechable es de 100% y a punto de marchitamiento es de 0%.
PRINCIPIO La determinación se basa en la aplicación de aire a presión sobre muestras de suelo saturadas. La variación de presiones oscila entre 0.1 hasta 15 atmosferas. El aire desaloja el agua de los poros hasta que las fuerzas de retención (tensión capilar y absorción) son de la misma magnitud que la presión aplicada y se llega a un equilibrio. En estas condiciones se deja de aplicar presión y se determina el porcentaje de humedad del suelo. Con los datos obtenidos a diferentes presiones, se trazan las curvas, teniendo como ordenadas las presiones (generalmente expresadas en atmosferas) y como abscisas los porcentajes de humedad encontrados. Las presiones menores de 1.0 atmosferas se llevan a cabo en la olla de presión y las mayores de este nivel en la membrana de presión.
MATERIALES 1. Olla de presión. 2. Membrana de presión. 3. Vaso de 25
4. Aire a presión (más de 15
)
5. Suelo tamizado por la malla de 2 mm. 6. Estufa. 7. Platos de presión.
PROCEDIMIENTO En la actualidad para determinar la curva de retención de humedad del suelo en laboratorios comúnmente se utiliza el método de la olla y membrana de presión, el cual consiste en determinar la humedad de muestras de suelo saturadas a
presiones a presiones que oscilan entre 0.1 a 15 atmosferas. Por lo tardado de este método, Palacios (1953) propuso una ecuación matemática que se puede utilizar cuando se dispone de pocos datos. Considerando que los puntos de la curva de retención de humedad conocidos son CC y PMP, la ecuación se utiliza para obtener otros puntos comprendidos entre 0.3 y 15 atmosferas (.5, 1,5 ,10). Por lo anterior en esta práctica el método de la olla y la membrana de presión se empleara para obtener los puntos a CC y PMP y con la ecuación del Dr. Palacios obtendrán los demás puntos. Cada muestra se seca al sol y se tamiza a través de una malla con orificios de 2 mm de abertura. La preparación de las muestras para su proceso tanto en la olla como una membrana de presión es semejante y consiste esencialmente en los pasos siguientes. La muestra previamente se seca, tamiza y se mezcla perfectamente. Con un vaso de aproximadamente 25 se determina volumétricamente la cantidad de suelo necesario para llenar un cilindro de hule de 5.5 cm de diámetro y de 1 cm de altura cuyas paredes son de 2 mm de espesor. Con algunos suelos aumentan su volumen al humedecerse es conveniente dejar un margen entre el suelo y la parte superior del anillo.
Para conseguir esto se necesitan aproximadamente 18
.
Para evitar que haya acomodamiento de partículas por tamaño al vaciar el suelo del vaso al anillo, esta operación se debe realizar rápidamente haciendo girar el vaso sobre el anillo. Posteriormente el suelo se empareja ligeramente cuidando de no compactarlo. Esta operación se debe ejecutar con los anillos sobre el plato. Después de todas las muestras han sido colocadas se agrega agua destilada al plato, cuidando de no aplicarla encima de las muestras del suelo, el agua se sigue agregando hasta tener una lámina que llegue cerca del borde superior del anillo (8 mm). Bajo estas condiciones se dejan muestras por un periodo de 16 a 24 horas para que se saturen. Una vez saturadas las muestras se quita el exceso de agua y se ubican dentro de la olla y la membrana de presión, las tapas se sellan perfectamente y se procede a aplicar la presión deseada. Esta presión se mantiene constante hasta obtener el equilibrio, es decir que la salida de agua se reduzca materialmente. Esta determinación se hace conectando la salida del plato a una probeta graduada en la que se hacen lecturas sucesivas en intervalos de tiempo. Después de lo anterior se sacan las muestras y se depositan en un bote de aluminio. En seguida se pesan y se ponen a secar en la estufa. A las 24 horas se sacan y se pesan nuevamente, con los datos de peso se determina el contenido de humedad con base a peso de suelo seco.
INSTRUCCIONES SOBRE EL EQUIPO A UTILIZAR. Olla de presión. Este equipo se utiliza para determinar el contenido de humedad a presiones bajas. Comúnmente se emplea para determinar la humedad a CC. Para preparar los platos es necesario saturarlos con agua con la finalidad de eliminar el aire de la cerámica. Esto se hace agregando agua dentro de la parte inferior del plato y permitiendo que ascienda por capilaridad o bien colocando agua sobre el plato y aplicando succión a través de la salida. Los platos de cerámica se colocan dentro de la olla conectando la salida a través de las perforaciones laterales. Los anillos se colocan sobre el plato y se preparan las muestras como se indicó anteriormente. Antes de introducir el plato a la olla quitar el exceso de agua con una pipeta. Para conectar la presión de aire se cierra perfectamente la olla colocándose la tapa y se ponen tapones en las perforaciones que no van a ser utilizadas. Dicha presión se deja constantemente hasta que se establece un equilibrio entre las fuerzas de retención de agua y la fuerza generada por la presión aplicada. Cuando las muestras están listas se saca al aire lentamente y se procede a sacar las muestras para determinar el contenido de humedad.
Membrana de presión. Se emplea para aplicaciones de presión de 1 a 15 atmósferas. La preparación de las muestras de suelo para presiones de 1 a 15 atmósferas se realizan tal como se indicó al principio de este instructivo, teniendo en cuenta que en este caso el plato de presión en lugar de ser para presiones de una atmósfera será para 15 atm. Antes de ubicar el plato de presión dentro de la membrana de presión se remueve el exceso de agua del plato con una pipeta o jeringa, después se coloca dentro de la membrana y se conecta el tubo del plato a la salida de la membrana. Después de cerrar perfectamente la membrana de presión se aplica la presión deseada, en este caso 15 atmósferas para obtener la humedad a PMP. Cuando las muestras están listas, se saca el aire lentamente y se sacan las muestras para posteriormente determinar el contenido de humedad.
Datos obtenidos con la olla de presión:
Tcc = tensión a 0.3 atm
Wcc = humedad gravimétrica a capacidad de campo, en %
Datos obtenidos con la membrana de presión.
Tpmp = tensión a 15 atm
Wpmp = humedad gravimétrica a punto de marchitamiento permanente, %
MANEJO DE DATOS Con los datos obtenidos anteriormente, se utiliza la ecuación del Dr. Enrique Palacios Veles, para obtener los contenidos de humedad gravimétrica correspondientes a tensiones de 0.5, 1.0, 5.0 y 10.0 atm y posteriormente se hará una gráfica que muestre la retención de la humedad del suelo.
ECUACIÓN.
Despejando W, se obtiene:
( )
Donde: T=tensión del suelo(atm) W = humedad gravimétrica, % n= parámetro de la ecuación que depende de las características físicas del suelo, adim K = parámetro que también depende de las propiedades físicas del suelo, adim C = constante que esta en función de las características físicas del suelo, adim. C = (-0.000014)(Wcc)^2.7 + 0.3 N=
Log(K) = log(Tpmp-C)+(n)[(log(Wpmp)]
RESULTADOS:
Muestra N°1 11.86 11.94 N°2 11.97 12.05 N°3 12.14 12.31 N°4 11.95 11.63 N°5 12.13 12.18
T(atm) 15 10 5 1 0.5 0.3
26.56 25.17 24.12 23.10 25.31 23.84 26.27 24.60 26.39 24.46
W N°1 38.97 40.40 43.05 49.18 51.45 52.91
21.48 21.46 19.76 19.72 20.22 20.14 21.36 21.10 21.06 21.11
W N°2 44.6 45.86 48.14 53.17 54.89 55.96
SH 14.70 13.23 12.15 11.05 13.17 11.53 14,32 12.97 14.26 12.28
SS 9.62 9.52 7.79 7.67 8.08 7.83 9.41 9.47 8.93 8.93
W C 52.91 -.33 38.97 55.96 -.43 44.6 62.99 -.70 47.25 52.17 -.30 36.95 59.68 -.57 37.51
n K 10.43 5.88
W N°4 36.95 38.45 41.27 47.94 50.49 52.17
W N°5 37.51 39.80 44.13 54.11 57.56 59.68
W N°3 46.62 48.52 51.82 58.81 60.99 62.99
13.44 9.57 9.38 6.21
2.23 1.61 7.58 9.12
CURVA DE RETENCIÓN DE HUMEDAD
15
muestra 1 muestra 2 muestra 3 muestra 4 muestra 5 10 ) m t a ( T n o i s e r p
5
0 35
40
45 50 55 Humedad gravimétrica W(%)
60
65
CONCLUSIONES: Se aprendió a realizar distintos tipos de cálculo de la humedad del suelo.
