INFORME Olla de Richards

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

FACULTAD DE INGENIERÍA AGRÍCOLA

FUNDAMENTOS DE SUELOS Y PLANTAS Tema:

“

DETERMINACION DE LA CURVA DE RETENCION DE HUMEDAD DEL SUELO EMPLEANDO LA OLLA A PRESION RICHARDS ”

Alumnos: Enciso Vargas Frank Saldaña Quisca Marcelo Muñante Carrión Johnny Arce Arteaga Brenda Huamani Rodríguez Kevin

Grupo: B* Profesor: Ing. Lia Ramos

La Molina, Lima 2018

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA FUNDAMENTOS DE SUELOS Y PLANTAS

I.

INTRODUCCION A lo largo de los años el hombre ha tenido la necesidad de mejorar las cosechas, entre los tantos factores que influyen veremos uno en específico: La humedad. Si bien es sabido que existen varios métodos como el gravimétrico o por medio del tensiómetro, etc. En esta ocasión veremos por el método de la olla a presión de Richards, en el cual se somete a presión a una muestra de suelo en una olla metálica. Cuando se iguala la presión que suministramos a la fuerza de succión, el agua sale de la muestra del suelo. Mediante este mecanismo se pueden obtener los valores de humedad a diferentes presiones, por lo que al final obtendremos una curva en la cual podremos dilucidar mejor los resultados.

II.

OBJETIVO -

Determinar la curva de retención de humedad de muestras de suelo empleando la olla a presión Richards. Comparar la retención de humedad en suelos con diferentes cultivos: Arroz y Grass. Comparar la retención de humedad de suelos con diferente sistema de riego: Por Inundación y Sistema de Goteo.

INFORME N°2 - DETERMINACION DE LA CURVA DE RETENCION DE HUMEDAD DEL SUELO EMPLEANDO LA OLLA A PRESION RICHARDS

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III.

FUNDAMENTO TEORICO

Retención de humedad del suelo La capacidad de retención de agua del suelo para disponer de cantidades variables de agua, depende de su textura, de su estructura, de la profundidad de las raíces en dicho suelo… y todo ello afectará a la frecuencia de riego y también a l as cantidades de agua aplicadas. Una planta en crecimiento requerirá cantidades variables de agua de acuerdo al momento en el que se encuentre de desarrollo. En el momento de la siembra comienzan las necesidades de agua e irán aumentando desde su nacimiento. Alcanzará su punto máximo durante la etapa reproductiva de su crecimiento y posteriormente irá disminuyendo al ir acercándose el periodo de cosecha. Las plantas son bastante vulnerables al estrés hídrico en las primeras etapas reproductivas, (floración y primeras etapas de la producción de frutos). Es importante conocer esta propiedad, porque en base a ella podemos conocer el requerimiento de riesgos y la frecuencia con que estos deben efectuarse. Es especialmente importante en aquellas regiones donde el agua es deficitaria y se tiene que regular su uso.

Curva de retención de humedad del suelo la Curva de Retención de Humedad (CRH) de un suelo es la representación gráfica que nos muestra la evolución que tiene el Contenido en Agua con la succión del suelo. Su morfología depende de la textura, estructura del suelo y contenido en Materia Orgánica.

Ver figura 1

Fig1: Curva de retención de humedad de suelos según textura Fuente: Portal de Suelos de la FAO


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¿Qué aplicaciones le podemos dar a la CRH? - Gestión del riego y optimización del agua. - Estudio flujo del agua en la ZNS (Zona No Saturada). - Recarga acuíferos - Balances hidrometerológicos. - Estudio de contaminantes. - Interacción suelo – planta.

Métodos para la obtención de la CRH (Curva de Retención de Humedad) -Tensiómetros -Olla o placa de presión de Richards -Funciones de edafo-transferencia -HYPROP

Olla o placa de presión de Richards El plato de presión fue introducido en 1930 por L. A. Richards. En realidad, no mide el potencial hídrico de una muestra. En lugar de ello, se lleva la muestra a un potencial hídrico específico mediante la aplicación de presión a la muestra y permitiendo que el exceso de agua fluya hacia fuera a través de un plato de cerámica poroso. Cuando la muestra llega al equilibrio, su potencial hídrico será equivalente a la presión aplicada. Estos platos de presión se utilizan normalmente para hacer curvas características de humedad del suelo. Una vez que las muestras de suelo alcanzan un potencial específico de agua a presión, el investigador puede extraer la muestra de la olla y secarla para medir su contenido de agua. Una característica de humedad del suelo se puede producir al hacer estas mediciones a diferentes presiones en el aparato de placa de presión. La precisión de las placas de presión es importante, ya que a menudo se utilizan para calibrar otros métodos de medición secundarios. Ver figura2


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Fig2: Olla de presión de Richards El estudio de la humedad de un suelo es mucho más completo si calculamos la curva característica que relaciona gráficamente los valores de humedades y las fuerzas de retención correspondientes. Pero esta curva no es unívoca. Para una misma muestra de suelo la curva obtenida no es la misma en una muestra húmeda que se va desecando (desorción) con respecto a la que se obtiene si se parte de la muestra seca y la vamos humedeciendo (sorción). Este distinto comportamiento del suelo según se encuentre en un periodo de desecación o de humectación en relación con la fuerza con la que el agua está r etenida, es el fenómeno de histéresis. Para un determinado contenido de humedad, cuando vamos desecando un suelo se necesita aplicar un pF mayor que cuando este se va humedeciendo. Por norma internacional las medidas de humedad y retenciones se calculan siempre desecando las muestras de suelo, previamente humedecidas. Ver figura 3

Fig. 3: Curva de humedad del suelo o curva Pf


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IV.

MATERIALES Y EQUIPO

Cilindros muestreadores. - cilindros metálicos o de aluminio de 5 cm de diámetro, 2.5 cm de altura y 1-2 mm de espesor para introducir las muestras de suelo y grass

Cilindros muestreadores

Muestra de suelo y grass. - las muestras de material necesaria para poder realizar el ensayo

Muestra de suelo

Mallas. - para evitar que se salga la muestra de los cilindros Balanza. - balanza de precisión de 0.1 gramos Balanza electrónica


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Olla Richards. - equipo donde se introducirán los cilindros con las muestras Olla a presión Richards

Placa de cerámica porosa. - placa donde se ponen los cilindros muestreadores y la cual elimina el agua de estas.

Placa de cerámica porosa

Partes y características generales de la Olla Richards:


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V.

METODOLOGIA 5.1 Muestreo en campo El muestreo se realizó en el área Demostrativa de Riego y Drenaje de la UNALM, se tomaron siete muestras en un suelo en el que se cultiva Arroz, de las cuales cuatro corresponden a parcelas sometidas a Riego por Inundación y tres a Riego por Goteo; y cinco muestras de un suelo en el que se cultiva Grass. Para la toma de muestras se limpió y saturó el suelo, luego se introdujo cada cilindro muestreador, se extrajeron las muestras cuidadosamente para no perder la estructura, se identificaron y trasladaron al laboratorio.

5.2 Procedimiento en laboratorio - Preparación de la muestra de suelo antes de ingresar a olla a presión Se colocaron las muestras de suelo en una bandeja para ser saturadas, durante 24 horas, manteniendo una capa de agua suficiente para cubrir un cuarto de altura del cilindro. Se retiraron las muestras saturadas de la bandeja, junto con un papel de filtro y una espátula curva para que el exceso de agua drene, por unos segundos, antes de realizar el pesaje del suelo más cilindro. Para el pesaje de las muestras se usaron medias de nylon para evitar perdida de suelo. Estos envolverán todo el cilindro que contiene cada una de las muestras.

- Preparación de olla a presión antes de ingresar muestras de suelo Luego de pesarlos se distribuyen en un plato de cerámica y se coloca dentro de la olla de presión conectando la salida de desagüe del plato con el tubo de salida de la olla. Se cierra la cobertura del equipo, apretando con firmeza todos los cerrojos, se aplica la menor presión, para nuestra prueba primero se estableció 0.3 bar y se espera el tiempo necesario para que drene el exceso de agua.

- Funcionamiento de la olla a presión La olla de presión richards funciona primero regulando las válvulas del sistema para poder suministrar a las muestra de suelo la presión que queremos, una vez hecho esto el aire comprimido con la presión deseada viaja mediante los extractores a la placa de cerámica porosa la cual al estar afectada por la presión de 0.3 bar elimina el agua que está por encima de las 0.3 bar llegando de esta manera a un potencial hídrico especifico de manera que cuando la muestra de suelo que esta sobre la placa de ceramica llega al equilibrio su potencial hídrico será equivalente a la presión aplicada.


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- Medición de pesos húmedos del suelo a diferentes tensiones de retención del agua en el suelo Se obtuvieron los pesos de las muestras a presiones de 0.3, 0.6, 0.9, 5, 10 y 15 bares. Esto puede tomar varios días. En algunos casos, si el suelo es arcilloso, puede llevar hasta una semana para que toda el agua en exceso salga de la muestra de suelo. En nuestro caso se realizaron en un intervalo de 48 horas aproximadamente cada una. Después que el punto de equilibrio se alcanzó o que el desagüe ha cesado completamente (0.3 bar), se liberó la presión aplicada y se retiró la cobertera de la olla de presión para efectuar los pesajes de las muestras de suelo. Para prevenir evaporación durante el pesaje se cubren las muestras de suelo usando la propia cobertura del cilindro, luego esta se retira y se pesa en conjunto el cilindro y la muestra de suelo húmedo. Se procede a colocar nuevamente las muestras dentro de la olla quitando las coberteras de cilindro o rodeada con las medias de nylon. Se realizó estas etapas hasta que concluyó el pesaje de las muestras de suelo húmedo. Se aplicó otra presión (0.6 bar), y se esperó hasta que se alcanzó nuevamente el equilibrio. Después de obtener el equilibrio, se repitió estas últimas etapas aplicando las presiones siguientes (0.9, 5, 10 y 15 bares).

- Peso de suelo seco Posteriormente los cilindros se retiraron de la olla a presión para ser colocadas a estufa para secar con temperatura controlada a 105°C. Se dejó secar por 2448 horas para extraer toda el agua restante de las muestras. Usando una espátula, se retiró todo el suelo dentro de cada cilindro y se transfirieron a sobres de papel correctamente identificados, estos se colocaron en la estufa. Luego del periodo de secado se realizó el pesaje obteniendo el peso de suelo seco de cada muestra.

5.3 Procedimiento de gabinete Se procedió a la tabulación de todos los resultados obtenidos y se los ingreso en una hoja de cálculo de Excel. Se registraron en tablas los siguiente datos: Nombre de muestra, Tensión (bar), Volumen total, Peso de suelo húmedo, Peso de suelo seco, Peso de agua, Humedad gravimétrica (%), Densidad aparente (gr/cm3) y Humedad Volumétrica (%). Finalmente se realizó una gráfica para representar la variación de la humedad del suelo vs la tensión de gua en el suelo (curva pF).


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VI.

RESULTADOS Y DISCUSION

-Tabulación de resultados obtenidos a partir del registro de pesos de las mues tras de suelo

En la Tabla N°1 se muestran los resultados obtenidos al medir el peso húmedo de suelo de las diferentes muestras, tanto para Riego por Goteo como Riego por Inundación. Para Riego por Goteo se tomaron 4 muestras (b3-t1, b1-t3, b2-t0 y b2-t2), mientras que en Inundación se tomaron 3 muestras (I1, II1 y III1) y las mediciones se hicieron en estado de saturación, 0.3, 0.6, 0.9, 5, 10 y 15 bares de presión.

Tabla 1: Peso H úmedo de Suelo a diferentes condiciones de presión (bar)

Condiciones de Presión (bar) saturado 0,3 0,6 0,9 5 10 b3.t1 302 287,3 285,4 283,8 281,7 280,6 b1.t3 298,5 283,2 282,2 279,3 275,7 274,8 Goteo b2.t0 302,5 283,9 282,3 280,7 277,8 276,7 b2.t2 313,5 300,2 298,1 296,3 292,5 291,4 I1 262 249,7 246,2 246,8 244,3 244 255,5 246,8 245,6 244,4 242,8 241,8 Inundación II1 III1 776,5 269 267,5 265,8 264,5 264 Muestras

15 279,9 273,7 276,4 291,1 241,3 241,4 263,3

Al termino del pesaje a las diferentes condiciones de presión, se realizó la medición de la masa de las muestras después de ser llevadas a estufa por 24 horas a 105°C. Con ello se obtiene el peso seco del suelo de las diferentes muestras. Además, se determinó el peso de los cilindros muestreadores de cada muestra. Estos datos son presentados en la Tabla N°2. Cabe resaltar que el Peso Total se refiere al peso inicial de las muestras de suelo incluyendo el peso del cilindro, el peso de la malla y el peso de la liga.


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Tabla 2: Pesos F inales de las muestras de Suelo

Peso final de las muestras Muestras

Peso Total

Peso de suelo seco

Peso de cilindro

b3.t1 b1.t3 Goteo b2.t0 b2.t2 I1 Inundación II1 III1

256,1 249 251,9 265,1 221,5 217,7 241,4

155,9 148,8 151,5 165 151,5 147,4 152,6

98,8 98,9 99 98,9 69,1 69,1 87,6

Se continuó con la determinación del peso del agua por muestra y en función a las diferentes condiciones de presión (bar). Para ello, se toma el valor del peso húmedo del suelo (Ver Tabla 1) y se le resta el peso del suelo seco, peso del cilindro y peso de la liga más la malla. Este último se determina empleando el valor de peso total menos el peso de suelo seco y peso del cilindro (Ver Tabla 2). Por ejemplo, la masa de agua en la muestra b3-t1 se halla de la siguiente manera: 302-(155.9+98.9+1.4) = 45.9g y así sucesivamente por condición de presión y muestra. Estos datos los encontramos en la Tabla N°3.

Tabla 3: P eso del agua a diferentes condiciones de Pr esión (bar)

Muestras b3.t1 b1.t3 Goteo b2.t0 b2.t2 I1 Inundación II1 III1

saturado 45.9 49.5 50.6 48.4 40.5 37.8 35.1

0.3 31.2 34.2 32 35.1 28.2 29.1 27.6

Condiciones de Presión (bar) 0.6 0.9 5 29.3 27.7 25.6 33.2 30.3 26.7 30.4 28.8 25.9 33 31.2 27.4 24.7 25.3 22.8 27.9 26.7 25.1 26.1 24.4 23.1

10 24.5 25.8 24.8 26.3 22.5 24.1 22.6

15 23.8 24.7 24.5 26 19.8 23.7 21.9

Posteriormente, para calcular la humedad gravimétrica de las muestras se usó el valor de peso del agua (Ver Tabla 3) entre el peso de suelo seco respectivo, este cociente se multiplica por cien para obtenerlo en porcentaje. Siendo así, para el ejemplo anterior de la muestra b3-t1, se procede a dividir 45.9 g entre 155.9 g multiplicado por 100 obteniendo 29.44%. Estos datos son recopilados en l a Tabla N° 4.


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Tabla 4: H umedad Gr avimétri ca del suelo a diferentes condiciones de Presión (bar)

Condiciones de Presión (bar) saturado 0.3 0.6 0.9 5 10 b3.t1 29.44 20.01 18.79 17.77 16.42 15.72 b1.t3 33.27 22.98 22.31 20.36 17.94 17.34 Goteo b2.t0 33.40 21.12 20.07 19.01 17.10 16.37 b2.t2 29.33 21.27 20.00 18.91 16.61 15.94 I1 26.73 18.61 16.30 16.70 15.05 14.85 Inundación II1 25.64 19.74 18.93 18.11 17.03 16.35 III1 23.00 18.09 17.10 15.99 15.14 14.81 Muestras

15 15.27 16.60 16.17 15.76 13.07 16.08 14.35

da 1.59 1.52 1.54 1.68 1.54 1.50 1.55

Adicional a ello, es necesario hallar la densidad aparente de cada una de las muestras. Estos valores son hallados mediante la división del peso del suelo seco por muestra entre el volumen del cilindro muestreador, el cual se determina a partir de los valores del radio (2.5cm) y altura (5cm). Teniendo estos datos es posible calcular la humedad volumétrica de cada muestra en diferentes condiciones multiplicando el valor de Humedad Gravimétrica en cada caso por su Densidad Aparente respectiva. Si continuamos con el ejemplo en mención obtenemos para b3-t1: 29.44x1.59 = 46.75% en volumen de agua. (Ver Tabla N° 5).

Tabla 5: H umedad Volumétrica del suelo a diferentes condiciones de Presión (bar)

Muestras b3.t1 b1.t3 Goteo b2.t0 b2.t2 I1 Inundación II1 III1

saturado 46.75 50.42 51.54 49.30 41.25 38.50 35.75

Condiciones de Presión (bar) 0.3 0.6 0.9 5 31.78 29.84 28.21 26.08 34.84 33.82 30.86 27.20 32.59 30.97 29.34 26.38 35.75 33.61 31.78 27.91 28.72 25.16 25.77 23.22 29.64 28.42 27.20 25.57 28.11 26.59 24.85 23.53

10 24.96 26.28 25.26 26.79 22.92 24.55 23.02

15 24.24 25.16 24.96 26.48 20.17 24.14 22.31

Finalmente, en base a la humedad volumétrica de las muestras se presentan las gráficas de las curvas de Retención de Humedad a las diferentes condiciones de presión (bar). En la Figura N°1 se representan las curvas obtenidas bajo Riego por Goteo, mientras que la Figura N°2 se identifican las curvas halladas en cultivo de Arroz sometido a Riego por Inundación.


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16 14 12 ) r a b (

10

o i s e r P

8 6 4 2 0 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

Humedad volumetrica b3.t1

b1.t3

b2.t0

b2.t2

F igura N° 4: Curvas de Retención de H umedad de suelo bajo Riego por Goteo

16 14 12 10 8 6 4 2 0 0.0

5.0

10.0

15.0

20.0 I1

25.0 II1

30.0

35.0

40.0

45.0

III1

F igur a N° 5: Curvas de Retención de H umedad de suelo bajo R iego por I nundación


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Los pesos de los suelos húmedos de las muestras por goteo son superiores a las muestras de riego por inundación y se mantienen así al aplicarse diferentes presiones que van de 0.3 Bar a 15 Bares incluyendo suelo saturado. La humedad volumétrica de las muestras para presiones de 0.3 bares para un suelo franco arcilloso arenoso coinciden con los resultados de Juan Ignacio Ortolani de la Universidad Nacional Rio Cuarto de la Facultad de Agronomía, mas no las muestras sometidas a 5 y 15 bares que no tienen una disminución significativa de la humedad volumétrica en nuestro trabajo. La humedad gravimétrica de las muestras para presiones de 0.3 bares para un suelo franco arcilloso coinciden con los resultados de Juan Ignacio Ortolani de la Universidad Nacional Rio Cuarto de la Facultad de Agronomía, estos resultados varían en un rango de 19% a 21%, mas no las muestras sometidas a 5 y 15 bares que no tienen una disminución significativa de la humedad volumétrica en nuestro trabajo. la densidad aparente calculada es la esperada según el horizonte AB del cual se obtuvo la muestra y coinciden con los resultados de los trabajos de Juan Ignacio Ortolani de la Universidad Nacional Rio Cuarto de la Facultad de Agronomía. En todos los casos la humedad volumétrica disminuye con el aumento de la presión a excepción de la muestra I1 en el caso de disminuir la humedad volumétrica a una presión de 0.9 bar, aumenta. El peso del cilindro varía por las características del material del cual está hecho y del grosor del mismo. Las muestras de riego por goteo presentan mayor cantidad de humedad al aplicarse las presiones sucesivas hasta alcanzar el máximo de 15 bar. El peso de suelo seco al final de proceso es similar en todas las muestras. la humedad gravimétrica es superior en los suelos de riego por goteo en comparación con los suelos regados por inundación de las muestras. La densidad aparente de los suelos regados por goteo es ligeramente mayor en comparación con los suelos regados por inundación de las muestras.


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VII.

CONCLUSIONES 

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

Se puede concluir que la retención de humedad por sistema de goteo es mayor que por inundación, esto se debe a que esta última viene a entrar varios factores como climáticos, ya sea la temperatura, radiación o humedad relativa. Como también la pendiente del terreno y la uniformidad de la misma. A cambio el sistema por goteo permite aplicar el agua de forma localizada, continua y oportuna. Y se adapta a cualquier terreno. Al observar las humedades de sistema por goteo y por inundación a la medida de 15 bar, se concluye la eficiencia del sistema por goteo ya que, a diferencia del sistema por inundación, no varía tanto; asegurándonos así la menor cantidad de perdida de agua. Se concluye que la olla de Richard es un método practico donde la variación de datos no es mucha para el horizonte AB, siendo más notorio en presiones más altas. Se concluye que para la olla de Richards la capacidad de campo no muestra variaciones significativas siendo la más alta de +/- 2.5% siendo el punto de marchitamiento permanente donde se encuentra las más altas variaciones de hasta 11%, siendo la capacidad de campo establecido para el tipo de suelo de 29% y punto de marchitamiento permanente 10% para el suelo franco arcillo arenoso.

VIII. RECOMENDACIONES 

  

Dependiendo de las labores de mecanización y utilización que está sometida los suelos, se deberán de tomar medidas cada cierto tiempo para una nueva elaboración de curva de retención de humedad, un tiempo de por lo menos 3 a 4 años aproximadamente. Tomar las lecturas de las presiones con una adecuada programación En caso de que los resultados no cuadren con el límite establecido, se procede a realizar nuevamente las medidas para obtener un resultado aceptable. Verificar y manipular los equipos del laboratorio de riego bajo la supervisión del personal encargado de dicho lugar para evitar incidentes.


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IX.   

BIBLIOGRAFIA Manual de procedimientos analíticos. Publicada por la facultad de geológica. UNAM 2010 Aguilera Herrera N. 1981. Tratado de Edafología de México.1ª Publicada por la Facultad de Ciencias de la U.N.A.M. México. D.F. RICHARDS L.A. 1948. Porous plate apparatus for measuring moist ure retention and transmission by soil. Soil Science .

Páginas web:   

http://www.edafologia.net/introeda/tema03/tema.htm http://www.fao.org/soils-portal/es/ https://es.slideshare.net/LabFerrer/como-obtener-la-curva-de-retencincompleta-con-mtodos-experimentales


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X.

PANEL FOTOGRAFICO

Fi 6,7 8 Olla de Richards

Fi 9. Medidor en 15 bar

Fi 10. Inte rantes del ru o


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INFORME Olla de Richards

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