Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Agrícola Edafología y Mecánica de Suelos PROGRAMA DEL CURSO

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1 Ingeniería Agrícola Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Agrícola Edafología y Mecánica de Suelos PROGRAMA DEL CURSO 1. Información General Sigla: IB-0008 Ciclo: I 2017 Créditos: 3. Requisitos: B 0106, B 0107, FS0310, FS0311, IM0315, QU0210, QU0211. Profesores: Ing. Agr. María Araya Vargas.M.SC. Correo: arayavargasmg@gmail.com. Tel: Ing. Nelson Acuña Bermúdez. Correo: acuna.nelson@gmail.com. Tel: Justificación El ejercicio de la Ingeniería Agrícola y de Biosistemas implica desarrollar labores en riego y drenaje, trabajos de preparación de suelos, control de erosión, construcción de caminos rurales, entre otros. Todas estas actividades exigen un conocimiento básico mínimo de temas relacionados con la edafología, en especial para comprender aspectos de mecanización, riego y drenaje, pero también de mecánica de suelos para entender los fenómenos de compactación de suelos, estabilidad de taludes, construcción de caminos rurales, construcción de diques, etc. Este curso pretende dotar a los estudiantes con estos conocimientos básicos. 3. Programa de curso Descripción Este es el curso básico de edafología y mecánica de suelos. Se divide en dos partes, edafología y mecánica de suelos. En edafología se discuten temas como: clasificación de suelos por origen, textura, estructura, capacidad de uso de suelos, variables que determinan esta capacidad, conceptos de densidad específica, densidad aparente, contenido de humedad, relación de vacíos, curvas de retención de humedad, fertilidad de suelos. En la sección de mecánica de suelos: clasificación unificada, mallas y granulometría, límites líquido y plástico, curvas de compactación, medida de la compactación (método de próctor), estabilidad de taludes, ángulos de reposo, comportamiento del suelo seco vrs saturado, teoría de diseño de caminos (la prueba CBR), conceptos de comportamiento de la estructura de un camino en lastre. 4. Objetivo Introducir al estudiante con conceptos básicos en edafología, fertilidad de suelos, capacidad de uso agrícola así como conceptos de mecánica de suelos que serán de utilidad tanto en otros cursos de la carrera como en el ámbito profesional.

2 5. Contenido Tema 1: Suelos y su origen. a. Edafología: concepto y fines. Definiciones de suelos Formación del suelo. Procesos y factores formadores El suelo como un componente de un sistema productivo Principales componentes químicos, físicos y biológicos del suelo. Concepto de rizosfera Funciones del suelo Relación de términos como paisaje, polipedón, pedón, perfil, horizontes, profundidad efectiva, perfil de raíces Características de productividad y sostenibilidad. b. Constituyentes del suelo: Minerales del suelo. Estabilidad y alteración de los minerales del suelo. Mecanismos de procedencia. Especies mineralógicas. Materia orgánica. Constituyentes. Humificación. Sustancias húmicas. Complejos organominerales. Conocer los minerales primarios predominantes en los suelos Identificar la composición y clasificación de los minerales primarios Reconocer la evolución diferencial de los minerales primarios Minerales secundarios: Comprender el origen de las cargas negativas de los coloides. Diferenciar los diferentes tipos de minerales secundarios y el origen de sus cargas. Clasificar los coloides del suelo. Identificar las características estructurales de carga de los principales coloides presentes en el suelo. c. Textura (determinación e importancia) Conocer el concepto de textura e identificar los principales componentes granulométricos del suelo Asociar algunas características del suelo con su textura Identificar los diferentes nombres texturales Relacionar la productividad de un suelo con su textura d. Estructura (morfología y estabilidad) Conocer el concepto de estructura e identificar los principales tipos que existen. Asociar algunas características del suelo con el tipo de estructura. Analizar los factores que favorecen y desfavorecen la agregación. Asociar la estructura con la productividad de los suelos. Identificar las prácticas de manejo que modifican positiva o negativamente la estructura del suelo. e. Densidad aparente, densidad de partículas y porosidad total Conocer los conceptos de densidad aparente, densidad de partículas o real, porosidad total y espacio aéreo. Relacionar los valores de densidad aparente y porosidad con el desarrollo radical. Estudiar la relación de algunas otras propiedades del suelo con la porosidad. Identificar prácticas de manejo que modifican positiva o negativamente la aireación del suelo. Analizar la composición del aire del suelo. Estudiar el movimiento de los gases en el suelo, la concentración crítica de estos gases para el crecimiento vegetal. Conocer algunas técnicas que mejoran la aireación del suelo

3 f. Color Analizar los factores que determinan el color de los suelos. Identificar las propiedades y procesos que guardan relación con el color en el suelo. Conocer la forma de medir el color y la nomenclatura utilizada para ello. Valorar la utilidad del color del suelo como un indicador de otras propiedades y estado del suelo. g. Temperatura Valorar la importancia de la temperatura sobre el microambiente del suelo. Analizar los factores que determinan la temperatura en el suelo. Analizar algunas prácticas de manejo que regulan la temperatura del suelo. h. Agua en el suelo: Dinámica del agua/suelo Fase líquida y gaseosa en el suelo. Métodos de medida de humedades y potenciales. Medida de la humedad, permeabilidad, perfil hídrico, balance hídrico. Identificar las formas de agua en el suelo de acuerdo a su succión Estudiar las fuerzas de retención del agua en el suelo Conocer las formas de expresar y medir el agua en el suelo Evaluar el movimiento del agua en el suelo Evaluar las pérdidas de agua del sistema suelo Analizar el manejo de la relación agua-suelo-planta Tema 2: Propiedades fisicoquímicas a. Intercambio iónico. Conceptos y teorías. Conocer las leyes que rigen el intercambio iónico en los suelos. Capacidad de cambio de cationes. Acidez del suelo. Potencial de oxidación - reducción. Interpretar valores de CIC, CICE, % de saturación de bases, % de saturación de acidez. Unidades de medida utilizadas para expresar concentraciones de elementos en suelos y plantas b. Fijación/solubilización de nutrientes Comprender el fenómeno de fijación de elementos en los suelos Conocer la terminología relacionada con la fijación Identificar los nutrimentos en los que el fenómeno de fijación es determinante Ciclo de nutrimentos: Ca, Mg, K, P, S Analizar detalladamente el ciclo de cada uno de los elementos esenciales, mayores, medios y menores, para las plantas Distinguir que cada nutrimento tiene un comportamiento propio en el suelo que regula su disponibilidad y valorar la importancia de estudiarlos en forma individual y profunda para poder manejarlos. La fijación de K y el fenómeno de restitución como procesos particulares y determinantes en el ciclo de este nutrimento. Cuantificar la magnitud de su contenido total, sus entradas, fracciones, salidas y estimar la intensidad de sus procesos más importantes. Como se les dota de estos nutrientes cuando no tienen los necesarios. Limitaciones al uso de los suelos por falta de nutrientes. Condiciones limitantes que se puede remediar y condiciones que no se pueden remediar para convertir suelos no aptos para fines agrícolas en aptos para la agricultura. La actividad de estos tres elementos como los cationes básicos más importantes del suelo. La mayor importancia de las fracciones minerales y el proceso de intercambio iónico en su dinámica El fenómeno de acidificación como producto de la lixiviación del Ca y del Mg

4 La importancia, efectos y regulación de los equilibrios catiónicos para los cultivos. Los altos requisitos de potasio que tienen las plantas. La fijación de K y el fenómeno de restitución como procesos particulares y determinantes en el ciclo de este nutrimento. c. Los ciclos del N, P, S: El ligamen de estos 3 elementos con la fracción orgánica La complejidad del ciclo del N y la alta participación de microorganismos en todos los procesos La particularidad del N de presentar una forma amónica y otra catiónica La importancia de los procesos de pérdida que ocurren en el ciclo del N El fenómeno de fijación de P con todo tipo de materiales Los relativamente bajos requisitos de P por las plantas Las semejanzas y diferencias del ciclo del S con el del N y el P El proceso de adsorción (horizonte B) y desorción de sulfatos (horizonte A) Tema 3. Capacidad de uso de los suelos. Criterios limitantes para el uso agrícola de los suelos (capacidad de uso o uso potencial del suelo). Criterios de clasificación. Sistemas de clasificación por capacidad de uso. Clasificación de suelos por su origen. Algunos criterios de clasificación y su significado. Tema 4. Mecánica de Suelos y Aplicaciones a. Sistema de clasificación de Suelos según la Mecánica de Suelos. Granulometría de suelos y Curva granulométrica Clasificación de suelos gruesos y finos. b. Esfuerzo efectivo y deformación de los suelos. c. Plasticidad en los suelos, límites líquidos y plásticos. Límites de Attenberg d. Medida de compactación por efecto de la maquinaria. Porosidad, medida de la humedad, relación de vacíos. Nomenclatura empleada y su significado. Energía de compactación y propiedades afectadas por la compactación de los suelos. Cambios de volumen debido a la compactación. e. El suelo como elemento de soporte y de construcción: teoría de compactación de suelos, pruebas de laboratorio y de campo. Métodos de exploración de los suelos Ensayo CBR, método de proctor y Ensayo Triaxial. Capacidad de soporte a compresión, (CBR). Tema 5. Análisis de estabilidad de Taludes a. Presión Lateral de los suelos en reposo, a. Presión activa y pasiva de Rankine b. Muros de contención (con refuerzo de geomallas) b. Definición de taludes, ángulos de reposo, estabilidad de taludes. a. Efecto de agua en los taludes. b. Análisis y diseño con el programa Slide V. 5 para simular. c. Teoría de falla bajo esfuerzos.

5 6. Propuesta metodológica El curso de desarrollará con clases magistrales. En conjunto con giras, a realizar los días a definir con los estudiantes. En algunas de estas giras se realizara visitas a un laboratorio de suelos para ver los equipos y las pruebas empleadas en la clasificación de suelos y en el cálculo de los parámetros de diseño. Las giras son de orden obligatorio, solo serán justificadas mediante lo estipulado por el reglamento estudiantil. Reportes de giras se harán en formato reporte, podrán incluir análisis de datos provistos por los profesores o actividades propuestas, en anexos deben incluir fotos y memorias de cálculo pertinentes a lo realizado en la gira. Recuerde que la normativa universitaria REGLAMENTO DE ORDEN Y DISCIPLINA DE LOS ESTUDIANTES DE LA UNIVERSIDAD DECOSTA RICA en su capítulo 2, artículo 4 considera como falta muy grave el plagio, ejemplos de esta conducta son la utilización de copias textuales de libros, páginas de internet, artículos, etc., para sus reportes, además del copiado de informes de años anteriores. En caso de encontrar este tipo de actividad será aplicado el proceso que indica la normativa, la cual sanciona la suspensión del estudiante por un periodo no menor a 6 meses e inclusive por hasta 6 años. 7. Calificación Exámenes Parciales (3) 60% Reportes de Gira 40% 8. Bibliografía básica 1. ALVARADO, A El origen de los suelos. Turrialba, Costa Rica, CATIE. 52p 2. ALVARADO, A.; FORSYTHE, W Variación de la densidad aparente en órdenes de suelos en Costa Rica. Agronomía Costarricense 29(1) : BAVER, L.D. etal.1991.física de suelos. Trad. J.M. Rodríguez, 1 reimpresión. México, LIMUSA.529p 4. BERTSCH, F.1986.Manual para interpretar la fertilidad de los suelos de Costa Rica. San José, Costa Rica, Universidad de Costa Rica.81p 5. BERTSCH, F.1995.La fertilidad de los suelos y su manejo. San José, Costa Rica: ACCS.157p 6. BORNEMISZA, E Introducción a la química de suelos. Washington, OEA. 74p 7. BRADY, N.1996.The nature and properties o f soils.11 ed. 8. CABALCETA, G.; CORDERO, A Efecto de salinidad sobre el arroz en Vertisoles de Guanacaste, Costa Rica. Agronomía Costarricense 15(1/2): DONAHUE, R.L Introducción a los suelos y al crecimiento de las plantas. México, Prentice Hall Hispano. 624p. 10. FASSBENDER, H.; BORNEMISZA, E Química de suelos con énfasis en suelos de América Latina. San José, IICA. 420p. 11. FITZPATRICK, E.A Suelos. Su formación, Clasificación y distribución. México, CECSA. 430p. 12. FITZPATRICK, E.1996.Introducción a la ciencia de los suelos.ed. Trillas.México. 13. FOTH, H.D Fundamentos de la ciencia del suelo. Trad. A. Marino. 3a Ed. México CECSA. 433p. 14. GARAVITO, F Propiedades químicas de los suelos.2 ed.ministerio de Hacienda y Crédito, Colombia. 321p 15. GAVANDE, S.A Física de suelos. Principios y aplicaciones. México, LIMUSA, 351p. 16. HENRIQUEZ, C.; CABALCETA, G.2012.Guía práctica para el estudio introductorio de los suelos con un

6 enfoque agrícola.2 ed.san José, Costa Rica: Asociación Costarricense de la Ciencia del Suelo (ACCS).111 p. 17. HILLEL, D Fundamentals of soil phisics. New York, Academic Press. 385p. 18. KRAMER, P.J Relaciones hídricas de suelos y plantas. México, Edutex S.A., 538p. 19. MARSHAL, T.J.; HOLMES, J Soil physics. Cambridge, University Press. 345p. 20. MENDEZ, J.C.; BERTSCH F Guia para la interpretación de la fertilidad de los suelos en Costa Rica.San José, Costa Rica: Asociación Costarricense de la Ciencia del Suelo (ACCS). 108 p. 21. MILLAR, C.E.; TURK, L.M.; FOTH, H.D Fundamentos de la ciencia del suelo. México, ECSA. 527p. M ecánica de Suelos 22. Braja M. Das, (2006) Principios de Ingeniería de Cimentaciones. 5ta Edición. México. Editorial Thomson. 23. Craig R. F., (2004). Mecánica de Suelos. 7ta Edición. Estados Unidos. Editorial Spon Press 24. Asociación Costarricense de Geotecnia, (2009). Código de Cimentaciones de Costa Rica. 2da Edición. Costa Rica. Editorial Tecnológica de Costa Rica. 25. Vallejo G. L. (2005). Ingeniería Geológica. España. Editorial Person Education. 26. Bowles E. J. (1981). Manual de Laboratorio de suelos en ingeniería civil. México. Editorial McGraw-Hill 9. Cronograma Clase # Martes Tema Jueves Tema Actividad 1 14 de marzo 2 21 de marzo 3 28 de marzo 4 4 de abril Características básicas del suelo para la ingeniería civil Granulometría y curva granulométrica Clasificación de suelos gruesos y finos Esfuerzo efectivo y deformación de suelos 16 de marzo Introducción del curso y concepto de edafología 23 de marzo Concepto de edafología 30 de marzo Propiedades físicas del suelo 6 de abril Propiedades físicas del suelo y factores formadores de los suelos 5 11 de abril Semana Santa 13 de abril Semana Santa 6 18 de abril 7 25 de abril 8 2 de mayo Plasticidad en los suelos, limites líquidos y plásticos (Limites de Attenberg) Porosidad, medida de humedad, relación de vacíos Energía de compactación y propiedades 20 de abril Propiedades físicas (color, temperatura y densidad aparente) 27 de abril Agua en el suelo 4 de mayo Primer examen parcial 9 9 de mayo Cambios volumétricos 11 de mayo Propiedades fisicoquímicas de mayo de mayo de mayo 13 6 de junio de junio Métodos de exploración de los suelos Ensayo CBR, método de proctor y ensayo triaxial Presión lateral de los suelos en reposo Presión activa y pasiva de Rankine Muros de contención (con refuerzo de geomallas) 18 de mayo 25 de mayo Nutrientes que requieren los suelos y fijación/solubilización de nutrientes I Nutrientes que requieren los suelos y fijación/solubilización de nutrientes II 1 de junio Ciclo del N 8 de junio Ciclo de P 15 de junio Ciclo de S Gira Laboratorio de suelos del CIA Gira a Cartago: Volcán Irazú, San Juan de Chicuá, Tierra Blanca, La Chinchilla de junio Definición de taludes, ángulos de reposo, estabilidad de taludes 22 de junio Constituyentes del suelo de junio Análisis y diseño 29 de junio Clasificación de suelos 17 4 de julio Teoría de falla bajo esfuerzos 6 de julio Segundo examen parcial