Determinación Determinación de la estabilidad estructural del suelo Determination Determinati on of the structural stability of the soil Jesus Augusto Puentes Mendez¹ y Camilo Andrés Tovar²
Resumen
La estabilidad estructural de los suelos es dependiente de varios agentes y su análisis se hace con diversos métodos e índices de predicción. Hasta el momento no es posible determinar un parámetro que permita medir exitosamente la estructura del suelo, pero se ha venido evaluando por medio de la determinación del grado de agregación, la estabilidad de los agregados y la naturaleza del espacio poroso vacío (Malagón y Montenegro, 1990). La agregación esta dada por dos fenómenos importantes que son la floculación y la cementación. La cementación consiste en el enlace mutuo de las partículas floculadas, por la acción de deferentes materiales o sustancias, denominadas “cementantes”, materiales orgánicos (humus), coloides inorgánicos (Al, Fe,) carbonatos, óxidos, etc. Por otra parte, la floculación se debe a fenómenos electrocinéticos, es decir, se produce cuando partículas cargadas negativamente se acercan lo suficiente a otras de igual carga de tal manera que puedan ser unidas por un puente de carga contraria, al a l perder estabilidad en el sistema, muchos coloides “floculan”. Según Legarda, 1981, la estabilidad de los agregados al agua es una propiedad fundamental para la conservación de los agregados y del suelo mismo. Hay varias metodologías para medir el grado de estabilidad de los agregados al agua. Sin embargo, se realizó de método del terrón de Emerson y el método de Yoder, descrito por Adames y Levy (1960), Bayer, Gardner y Gardner (1913), Malagòn y Montenegro (1990). Palabras clave: estabilidad, estructural, coloides, suelos, electrocineticos.
Abstrac
The structural stability of soils is dependent on several agents and their analysis is done with different methods and prediction indexes. So far it is not possible possible to determine determine a parameter parameter that that allows to successfully successfully measure the structure structure of the soil, but it has been evaluated by means of the determination of the degree of aggregation, the stability of the aggregates and the nature of the empty porous space (Malagón and Montenegro, 1990). The aggregation is given by two important phenomena that are flocculation and cementation. Cementation consists in the mutual bonding of flocculated particles, by the action of different materials or substances, called "cementitious", organic materials (humus), inorganic colloids (Al, Fe,) carbonates, oxides, etc. On the other hand, flocculation is due to electrokinetic phenomena, that is, it occurs when negatively charged particles get close enough to others of equal charge in such a way that they can be joined by a bridge of opposite charge, when losing stability in the system, Many colloids "flocculate". According to Legarda, 1981, the stability of aggregates to water is a fundamental property for the conservation of aggregates and the soil itself. There are several methodologies to measure the degree of stability of aggregates to water. However, the Emerson lump method and the Yoder method were performed, described by Adames and Levy (1960), Bayer, Gardner and Gardner (1913), Malagon and Montenegro (1990). Key words: stability, structural, colloids, floors, electrokinetics.
1. 2.
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1.
Introducción
La definición de mayor acogida para la estructura del suelo fue presentada por Brewer y Sieman (1960), que la definen como “el tamaño, la forma y el arreglo de las partículas primarias que const ituyen los agregados a partículas compuestas”. Estas partículas primarias se encuentran en su estado natural formando agregados con diversos agentes cementantes y con diversos grados en la fortaleza de la cohesión que las mantiene unidas, formando agregados, también llamados Grumos, Terrones, Boronas. La estabilidad estructural con frecuencia es medida como la estabilidad estructural de los fragmentos del suelo que están expuestos a las presiones (Dìas-Zorita et al., 2002). De particular importancia es la capacidad del suelo de mantener su estructura durante la lluvia o el riego. La estructura del suelo se puede colapsar debido a (i) Los impactos de las gotas de lluvia en la superficie del suelo que rompen los agregados causando encostramiento, y (ii) el rompimiento de los agregados del suelo al humedecerse rápidamente, tanto en la superficie (lo cual contribuye al encostramiento) como dentro del suelo (lo cual provoca compactación) (Arshad y Mermut, 1988, FAO, 2003; Lal y Shukla, 2004). En ambos casos, la desintegración de los agregados en pequeñas particulas hace que los poros se tapen y se selle la superficie, lo cual reduce la conductividad hidráulica del suelo (Lal y Shukla,2004). Este problema se agudiza en regiones áridas y semiáridas debido al secado rápido del suelo después de la lluvia. Cuando el suelo se degrada en la superficie y el subsuelo, se reduce la infiltración del agua de lluvia en el mismo, incrementando el escurrimiento y la erosión edáfica, lo cual resulta en un uso del agua poco eficiente. En otras palabras, la erodibilidad del suelo aumenta a medida que la estabilidad de los agregados disminuye (Kemper y Rosenau, 1986). El colapso de los agregados también influye en los procesos de transporte de solutos en el suelo, así como en la resistencia a la penetración penetración por raíces y la germinación (Rathore et al., 1983; Schneider Schneider y Gupta, 1985; Nasr y Selles, 1995; DiazZorita et al., 2002). La técnica de tamizado en húmedo ha sido propuesta como una metodología para estudiar la estabilidad de los agregados con relación a la erosión hídrica (Yoder, 1936; Kemper, 1966; Kemper y Rosenau, 1986). En este método, el suelo se sumerge en agua y se tamiza para imitar las fuerzas naturales que actúan cuando el agua entra en los agregados de suelo. Según el contenido inicial de humedad de las muestras será la intensidad de la desagregación (Beare y Bruce, 1993; Márquez et al., 2004) El criterio de estructuras buenas o malas esta determinado por los requerimientos de cada planta en lo concerniente a las necesidades de agua y aire, principalmente para su desarrollo (Montenegro 1991). Lo que para algunas especies de plantas puede considerarse como una estructura, para otras pueden ser malas. La medición estabilidad estructural se fundamenta en la mayor o menor resistencia de los agregados a la acción del agua (Bayer, 1973).
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2.
Materiales y métodos
1. Determinación de la estabilidad estructural método de Yoder
Para el desarrollo de este método se tomó una muestra de 100 gramos de suelo previamente seco y roturado, posteriormente posteriormente es pasado a través través del tamiz 5/16 (8mm) (8mm) para retirar residuos vegetales gruesos, raíces o rocas. rocas. Luego es apilado los tamices uno sobre otro, poniendo el del diámetro mas grande hasta arriba y el del diámetro mas pequeño hasta abajo (es decir 4.0, 2.0, 1.0, 0.5, 0.25). Es vertida la muestra de suelo en el tamiz de arriba y es sumergido el mecanismo de manera inclinada para evitar que quede aire debajo, es ajustando para que la maya del tamiz superior quede a ras con el agua, después se pone en funcionamiento el sistema que es graduado para que el conjunto de matices hacienda y desciendan a una distancia de 32 mm a razón de 30 oscilaciones por minuto y es dejado actuar durante 30 minutos. Después del tamizado es retirado el mecanismo y es dejado en reposo sobre una superficie lisa para que drene, drene, luego es vertido vertido el contenido contenido de cada cada tamiz en vasos vasos de precipitados precipitados de 250 250 ml previamente previamente rotulados rotulados y son llevados Al horno por 24 horas a 105°C. Culminado este proceso se halló la masa de cada una de las fracciones secas (Mssip); este paso corresponde a la agregación total (agregados mas partículas primarias). Cada fracción de la agregación total fueron colocadas en frascos tetero y se adiciono agua destilada hasta el 50% de su volumen y 10 ml de dispersante (hexametafosfato de sodio y carbonato sódico); fueron colocados los frascos tetero sobre una mesa de agitación horizontal agitando por 30 minutos; luego se tamizo cada fracción en su correspondiente tamiz para determinar las partículas primarias (Mssp); las partículas que quedaron retenidas en el tamiz se vertieron en un vaso de precipitado de 250 ml y llevados al horno a 105º c por 24 horas para secar la muestra. Descuente de la agregación total las partículas primarias y obtenga así los agregados del suelo (Mssi).
El índice de agregación se obtiene a partir del porcentaje de agregados retenidos en cada tamiz.
( (%) =
∗ 100
Siendo: Pssi (%) de agregados retenidos en cada tamiz Pssi: (gr) masa de los agregados del suelo seco en una clase de tamaño. Pss: masa total del suelo seco (gr). El índice de agregación corresponde al diámetro ponderado medio (D.P.M)
=
∑ ( (%) ∗ ̅ 100
Siendo: DPM = diámetro ponderado medio Pssi(%) = porcentaje de los agregados del suelo retenidos en cada tamiz Xi = promedio del diámetro de abertura del tamiz
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2.
Determinación de la estabilidad estructural método de Terron de Emerson
Para el desarrollo de este método se tomó un terrón de suelo, se deposito en un vaso de precipitado que contenía agua destilada, se dejó hidratar el terrón durante un breve momento y se fue analizando el comportamiento de los agregados. Mientras más pasaba el tiempo los agregados se fueron disolviendo o desmoronando a causa de las mini explosiones provocadas por el remplazo del aire presente en los poros del suelo, por el agua destilada presente en su contorno.
3.
Resultados y discusión
Estabilidad estructural (método Yoder)
Luego de las primeras 24 horas al horno fueron hallas las masas de cada una de las fracciones secas (Mssip); este paso corresponde corresponde a la agregación total (agregados (agregados más más partículas partículas primarias): primarias): Diámetro del Tamiz (mm)
Peso Beaker+ Peso suelo (grm)
Peso del Beaker (grm)
Mssip (grm)
4
0
0
0
2
48,2442
46,459
1,7852
1
56,9387
51,6266
5,3121
0,5
47,0184
43,7928
3,2256
0,25
57,2977
48,3348
8,9629
Las partículas primarias (Mssp) se hallaron a partir de las lecturas tomadas a las 24 horas, siendo las siguientes: Diametro del Tamiz (mm)
Peso Beaker+ Peso suelo (grm)
Peso del Beaker (grm)
Mssp (grm)
4
0
0
0
2
46,5108
46,459
0,0518
1
52,401
51,6266
0,7744
0,5
44,5874
43,7928
0,7946
0,25
53,4252
48,3348
5,0904
Los agregados del suelo (Mssip) fueron determinados descontando las partículas primarias (Mssp) de los agregados totales (Mssi). Mssip (grm)
Mssp (grm)
Mssi (grm)
0
0
0
1,7852
0,0518
1,7334
5,3121
0,7744
4,5377
3,2256
0,7946
2,431
8,9629
5,0904
3,8725 ∑12,5746
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El porcentaje de agregados retenidos en cada tamiz Pssi(%):
( (%) =
∗ 100
Siendo: Pssi (%) de agregados retenidos en cada tamiz Pssi: (gr) masa de los agregados del suelo seco en una clase de tamaño. Pss: masa total del suelo seco (gr).
Tamiz #4
( (%) =
1.7334 12,5746
∗ 100 = 13,785 %
4.5377 12,5746
∗ 100 = 36,0862 %
Tamiz # 0.5
( (%) =
∗ 100 = 0 %
Tamiz # 1
( (%) =
12,5746
Tamiz # 2
( (%) =
0
2,431 12,5746
∗ 100 = 19,3326 %
Tamiz # 0.25
( (%) =
3,8725 12,5746
∗ 100 = 30,7962 %
El diámetro ponderado medio (DPM):
=
∑ ( (%) ∗ ̅ 100
Siendo: DPM = diámetro ponderado medio Pssi(%) = porcentaje de los agregados del suelo retenidos en cada tamiz Xi = promedio del diámetro de abertura del tamiz
=
(13,785 13,785 ∗ 2) 2) + (36,086 36,0862 2 ∗ 1) 1) + (19,332 19,3326 6 ∗ 0.5 0.5) + (30, (30,79 7962 62 ∗ 0.25 0.25)) 100
= 0,81
El diámetro ponderado medio (DPM) fue de 0,81 mm, el cual se encuentra entre el rango de interpretación para un suelo Ligeramente Estable.
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Estabilidad estructural (Método terrón de Emerson)
Se analizo el comportamiento de los agregados del suelo cuando el terrón esta sumergido en agua destilada. Reflejando que mientras más pasaba el tiempo los agregados se fueron disolviendo o desmoronando a causa de las mini explosiones provocadas por el remplazo del aire presente en los poros del suelo, por el agua destilada presente en su contorno. Pero esta desagregación no fue tan masiva por lo que se le interpreto como un suelo ligeramente estable.
4.
Conclusiones
De acuerdo con los análisis de ambos métodos, se concluyo que la muestra de suelo tenia una estructura ligeramente estable, lo que indica un suelo propenso propens o a problemas de erosión y compactación. Es sugerible sugeribl e aplicar buenas prácticas agrícolas para el manejo y la conservación de estos suelos. La estabilidad estructural depende proporcionalmente de la materia orgánica puesto que es un agregado y cementante al mismo tiempo. La porosidad del suelo está estrechamente ligada con la capacidad de retención de agua y por ende conforma la estabilidad estructural del suelo.
5.
Referencias bibliográficas
Montes, D. d. (2013). Organización de las naciones unidas para la alimentación y la agricultura. Recuperado el 2017, de http://www.fao.org/docrep/006/w1309s/w13 09s04.htm.
BAVER, L.D; GADNER, W. H. Y GADNER, W.L. 1972. Física DE suelos. UTHEA. México. D:F. Gabioud, E. A., Sasal, M., & Wilson, M. G. (2011). Análisis de la estabilidad estabilidad de agragados agragados por el método método de Le Le Bissonnais en tres. Buenos Aires: Asociación Argentina Ciencia del suelo.
SOCIEDAD COLOMBIANA DE LA CIENCIA DEL SUELO. 2010. Principios Básicos. Hernán Burbano Orjuela y Francisco Silva Mojica, Editores. Bogotá. Colombia. 594p. TORRENTE, A. (2015). FISICA DEL SUELO. NEIVA. Torrente, A. (s.f.). Estructura del suelo. En A. Torrente, Laboratorio Análisis físicos del suelo (págs. 16-20). Neiva: Universidad Surcolombiana.
http://www.drcalderonlabs.com/Publicaciones/Estabilidad_Estructural_del_Suelo.htm file:///C:/Users/Flia%20Puentes/Downloads/Didactic_material-SP-Protocols-2013-8.EstabAgregados1.pdf http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405-31952009000300001
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Anexos fotográficos
Anexo A. Método de tamizado en Húmedo de Yoder.
Anexo B. Método del terrón de Emerson.
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