UNIDAD 2. Contenido de Humedad del Agua en el Suelo

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1 UNIDAD 2. Contenido de Humedad del Agua en el Suelo CONTENIDO Índice de Ilustraciones y Tablas Contenido de Humedad del Suelo Retención de agua en el suelo Determinación del Contenido de Humedad del Suelo El Método Gravimétrico

2 Índice de Ilustraciones y Tablas Figura 1. Diagrama hipotético de los componentes del suelo Tabla 1. Determinación del contenido de humedad del suelo por medio del tacto 2

3 2.1. Contenido de Humedad del Suelo El suelo se comporta como un depósito, al cual se le puede determinar la cantidad de agua almacenada en un cualquier momento. El contenido de humedad del suelo con base en volumen se expresa como: V θ (%)= V w T x Donde: θ: Es el contenido de humedad con base en volumen en porcentaje decimal. Vw: Es el volumen ocupado por el agua Observando la figura 1, se establece la siguiente relación. Volumen Total de Suelo Volumen de aire (Va) Volumen de agua (Vw) Lámina de agua (Lam) Profundidad del suelo (P) V T = Vp +Vw V p = V w + V a Volumen de suelo (Vs) B A Figura 1. Diagrama hipotético de los componentes del suelo 3

4 Donde: Ing. Carlos Alberto González Murillo Lam: Lámina de agua en el suelo (mm). P: Profundidad del suelo. ρa θ = W = W ρ w ρ ea θ = A x B x Lam A x B x P Lam = θ x P La expresión lámina es muy usada en la Ingeniería de Riegos y corresponde a la altura (Lam) que tendría el agua en el suelo en el diagrama hipotético de los componentes del suelo. La humedad también puede ser expresada con base en peso, así: W = P w (%) P x Donde: ss Pw: Peso del agua que contiene el suelo. Pss: Peso del suelo después de haber sido sometido a secado en el horno a una temperatura entre o C, durante 24 horas. La relación entre el contenido de humedad con base en peso y el contenido de humedad con base en volumen es la siguiente: Donde: ρa: Densidad aparente del suelo, ρw: Densidad del agua, 4

5 ρea: Densidad específica aparente (adimensional), al tomar la densidad del agua igual a 1 gr/cm 3, el valor es numéricamente igual al de la densidad aparente del suelo. Los conceptos anteriores son muy útiles en la Ingeniería de Riegos, porque permiten conocer la cantidad de agua que se debe aplicar en un momento dado a un suelo para Lam =W x (ρa/ρw) x P Lam 1 =0.25(1.30)0.15 m=0.048 m=48mm 9 Lam 2 =0.35 (1.30)0.15 m=0.068 m=68mm Lam 2 - Lam 1 = m = 20 mm pasar de un contenido de humedad a otro. EJEMPLO: Se quiere determinar la cantidad de agua por hectárea que debe ser aplicada a un suelo arcilloso, en una profundidad de 15 cm para pasar del W=25% al W=35% de humedad. La ρa del suelo es de 1.30 gr/cm 3. Para resolver el problema sólo es necesario conocer la lámina de agua que tendría el suelo en el contenido de humedad del 25% y la presentada en el contenido de humedad (W) del 35%. La cantidad de agua en términos de lámina que se va a suministrar al suelo es: Obsérvese que la unidad de lámina introducida es el milímetro (mm) dado que, en general, en ingeniería de riegos es la más comúnmente usada. Una lámina de 20 mm para aplicar al suelo es equivalente a un volumen por hectárea de 200 m 3, así: Lo anterior lleva a deducir que por cada milímetro de agua que se tenga que aplicar al suelo para satisfacer las necesidades de la planta es necesario disponer de 10 m 3 de agua por hectárea de suelo. 5

6 2.2. Retención de agua en el suelo La similitud del suelo con una esponja permite explicar los procesos de retención de agua. Cuando se toma una esponja que está aparentemente seca y se comienza a adicionar agua lentamente, ésta la absorberá. Al continuar el proceso, el agua empieza a drenar libremente; si se deja de aplicar, llega un momento en que cesa el drenaje. Sin embargo, en caso de ejercer presión sobre la esponja el agua continuará drenando. Al aplicar agua al suelo éste recibirá una cantidad de acuerdo con su capacidad de absorción, después de un intervalo de tiempo el agua empezará a drenar libremente. Cuando se interrumpe el suministro de agua al suelo, continuará drenando hasta un punto en donde la fuerza con que está retenida el agua (tensión de humedad del suelo) sea de tal magnitud que no permita drenar libremente el agua. Este contenido de humedad se conoce como capacidad de campo. Las leyes físicas que explican la retención de agua en la esponja, son las mismas que la definen en los poros del suelo. Esta fuerza o tensión de humedad del suelo (potencial mátrico), con que el agua es retenida, es producto de la adhesión, o atracción entre la superficie de las partículas de suelo y el agua; y la cohesión, o la atracción entre las moléculas de agua. Este proceso de retención que depende de las características de tensión superficial del agua del suelo y del ángulo de contacto entre el agua y las partículas de suelo, es el mecanismo principal de retención de agua en los suelos livianos, mediados y dentro de determinados intervalos de humedad, también en los suelos pesados. En un suelo saturado, todos los poros están llenos con agua. La tensión de humedad Vol/ha = m 2 * m = 200 m 3 /ha del suelo (potencial mátrico o succión) es cercana a cero. Si al suelo se le aplicara una fuerza externa, el agua sería desplazada primero de los poros más grandes, y luego reemplazada por aire. La disminución continua de agua en los poros del suelo produce simultáneamente el aumento de la fuerza con que es retenida el agua en el suelo y el incremento de la tensión de humedad del suelo, o potencial mátrico del mismo. Esto es debido a que entre menor sea el radio de los poros que retienen el agua, la tensión capilar es mucho mayor. Por tanto, a pesar de ser la capacidad de almacenamiento de agua en un suelo arcilloso mayor que en uno arenoso, la fuerza con que retiene el agua la arcilla es mayor a la de la arena. 6

7 2.3. Determinación del Contenido de Humedad del Suelo El Método Gravimétrico Es el método tradicional para establecer el contenido de humedad de una muestra de suelo. La muestra es pesada, secada en un horno a 105 o C durante 24 horas, determinándose mediante una balanza el peso del agua y el peso de suelo seco. Con éstas medidas se determina el contenido de humedad con base en peso. Un suelo puede presentar en un momento dado un contenido de humedad con base en peso (W%) mayor al 100%, un ejemplo de esto es presentado por aquellos suelos que poseen altos contenidos de materia orgánica, así como densidades aparentes menores a 1.0 gr/cm 3, capaces de tomar más agua que la que pueden pesar cuando están secos. W( % ) = W( % ) = Peso de suelo humedo - Peso de suelo s Peso de suelo seco Peso del agua Peso de suelo seco x 100 El gravimétrico es el único método directo para estimar el contenido de humedad en el suelo y es el estándar con el cual son comparados otros sistemas de estimación de humedad. 7

8 Ing. Carlos Alberto Gonzáles Murillo Tabla 2. Determinación del contenido de humedad del suelo por medio del tacto. GRADO DE HUMEDAD TACTO CONTENIDO DE HUMEDAD Seco Polvo seco. Ninguna Bajo Se desmorona y no se aglutina. 25% o menos Medio Se desmorona pero se aglutina. 25% a 50% Aceptable Se forma bola y se aglutina con presión 50% a 75% Excelente Se forma bola, se aglutina y es amasable 75% a 100% Húmedo Chorrea agua cuando se aprieta. Sobre capacidad Fuente: González et al (1990) Existen otros métodos de medición de humedad del suelo tales como la sonda de neutrones y el TDR, su ventaja consiste en producir resultados instantáneos; estos equipos requieren de calibración, que se realiza con el método gravimétrico. El método del tacto es un método sencillo y práctico. Se extraen muestras de suelo a distintas profundidades (0.00 a y a cm) y se aprieta cada una de ellas hasta formar una bola; de acuerdo a su comportamiento se clasifica el grado de humedad. Un método indirecto de conocer el contenido de humedad en el suelo, muy usado para realizar programación de riegos, es el tensiómetro. Este mide el estado de energía del agua en el suelo, lo cual está relacionado directamente con el contenido de humedad del mismo. 8

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