DENSIDAD APARENTE, DENSIDAD REALPOROSIDAD Y ESPACIO AEREO

I. INTRODUCCIÓN:El conocimiento de otras propiedades físicas del suelo, en este caso, la densidad

aparente, la densidad real, la porosidad, y el espacio aéreo, tiene especial importancia para fines prácticos, tales como, la determinación del peso de la capa arable, aireación, movimiento y disponibilidad de agua necesaria para plantas y microorganismos; a su vez constituyen conocimientos básicos para tomar decisiones en la aplicación de enmiendas químicas u orgánicas así como para efectos de riego. Por otro lado, estas propiedades tienen importancia directa en los procesos de erosión, principalmente hídrica, a través de la interacción con otras propiedades físicas como la capacidad de infiltración, flujo hipodérmico y napa freática entre otros. Es usual considerar a la estructura, dentro de esta práctica debido a su relación con la densidad real, densidad aparente y la porosidad del suelo.

Los objetivos de esta práctica son:- Determinar la densidad aparente en condiciones de campo.- Determinar la densidad aparente y real en condiciones de laboratorio.- A partir de estos datos, calcular el espacio poroso, espacio aéreo de un suelo determinado.

II. CONCEPTOS BASICOS:2.1. COMPOSICION DEL SUELO.- Los suelos minerales constan en general de los siguientes componentes físicos: Materiales sólidos tales como minerales y materia orgánica; agua y aire. En condiciones ideales, el 50% del volumen total del suelo está ocupado por los sólidos y el 50% restante lo ocupa el agua y aire en proporciones más o menos iguales cuando existe una humedad óptima para el crecimiento vegetal (Fig 1).

Es obvio que los suelos van a tener diferentes proporciones de estos componentes, así como también, en un mismo suelo dichas proporciones variarán de horizonte a horizonte. De modo que, en la medida que cambien las proporciones de los componentes sólidos respecto a los otros, cambiarán también los valores del peso del suelo por unidad de volúmen.

Estos componentes del suelo se hallan íntimamente unidos y, de esta manera, tanto el agua como el aire se encuentra ocupando espacios vacíos de diferente proporción, los espacios grandes o macroporos también llamados poros de aireación a su vez forman intersticios de circulación de agua y aire, mientras que los espacios pequeños o microporos, sirven para almacenamiento del agua.

2.2. Densidad aparente o densidad de Volúmen.- Es una forma de expresar el peso de un suelo seco en un volumen determinado (gr/cc) y se define como la masa de una unidad de volumen de suelo seco en estufa a 105 °C (TFSE); este volumen incluye tanto a los sólidos como a los poros.

Da= Ms/Vt (1)Donde:Da= Densidad Aparente (gr/cc; Kg/dm3; TM/m3)Ms= Masa de los sólidos (gr)Vt= Volumen total del suelo (cc.)

Por regla general, los suelos de textura fina tienenmenores valores de densidad aparente que los de texturagruesa, aún cuando dichos valores varían con otros factores, como

estructura, materia orgánica, labores agrícolas, etc. A continuación se presentan valores aproximados que dan una idea de la relación existente entre la textura y la densidad aparente.

Cuadro 1: Relación de la Textura con la Densidad aparente

Clase Textural Densidad aparente

ArenosoFranco ArenosoFranco LimosoArcilloso

1.9 - 1.7 gr/cc1.7 - 1.5 gr/cc1.5 - 1.3 gr/cc1.3 - 1.1 gr/cc

2.3. Usos de la Densidad Aparente.- Se utiliza para estimar el peso de la capa arable del suelo, para efectuar cálculos referente a las posibles enmiendas químicas u orgánicas, para estimar la porosidad del suelo, espacio aéreo, lamina de riego.

Ejemplo: Cuál es el peso de 1 Ha de terreno cuya profundidad de capa arable es 20 cm. y tiene una densidad aparente de 1.25 gr/cc.Vs: 100m x 100m x 0.2 m = 2,000 m3

Da: 1.25 Tn/m3

D= P/VP= D x V ---------> 1.25 Tn/m3 x 2,000 m3

P= 2,500 Tn.

2.4. Densidad Real o Densidad de Partículas.- Es la relación entre la masa del suelo (TFSE) y la unidad de volumen de las partículas sólidas del suelo, excluyendo por tanto al espacio poroso.

Dr= Ws/Vs (2)Donde:

Dr= Densidad real o de partículas (gr/cc).Ms= Masa de lo sólidos, TFSE a (105°C).Vs= Volúmen de los sólidos del suelo (cc).

En la mayoría de los suelos minerales, la densidad real (Dr) varía dentro de límites muy estrechos (2.6 a 2.75 g/cc) y para efectos prácticos se considera un

valor promedio de 2.65 g/cc. Estos valores no varían mucho en diferentes suelos a menos que exista una variación considerable en la composición mineralógica o contenido de materia orgánica. Estos límites tan estrechos se deben a que muchos de los minerales constituyentes del suelo son por lo general: Minerales primarios como los feldespato, piroxenos, anfiboles, olivinos, etc.; o minerales secundarios, como las arcillas montmorillonita (2:1), y la caolinita (1:1), los cuales poseen valores de densidad dentro de estas cifras. Existen excepciones de algunos minerales pesados con algunos valores anormales como la hemátita (5.3 g/cc), galena (7.6), magnetita (5.2), etc. Por lo tanto la densidad real, puede exceder de 2.65 gr./cc. Por otra parte la materia orgánica puede afectar la densidad real, debido a su menor peso, y a ello se debe que los suelos superficiales tienen una menor densidad real que la del subsuelo. La estructura y el tamaño de partículas nada tienen que ver con la densidad real.2.5. Porosidad o Espacio Poroso.- Es la porción del volumen total del suelo, que esta ocupada por aire y agua; se expresa en porcentaje.

Vol. poros%E.P. = ----------- * 100

Vol. Total

En base a densidades, la fórmula para el cálculo del porcentaje de espacio poroso puede derivarse como sigue:

Sabiendo que: Dr= Ws/Vs y Da= Ws/Vt

Despejando: Ws= Dr x Vs y Ws= Da x Vt

Igualamos: Dr x Vs = Da x Vt

--------> Vs/Vt = Da/Dr

Vs/Vt x 100 = % de espacios de sólidos

---------> Da/Dr x 1000 = % espacios de sólidos

% E.P. + % de espacios de sólidos = 100

% E.P. = 100 - % de espacios de sólidos.

---------> % E.P. = 100 - (Da/Dr * 100)

Reduciendo: % E.P. = (1 - Da/Dr)100

La aplicación de está fórmula a los valores de densidad aparente, nos permite relacionar el espacio poroso con la textura y obtener los valores aproximados siguientes:

Cuadro Nº2: Relación de la textura con la Porosidad

Clase Textural Porosidad (%)

Arenosos Franco Arenoso Franco Limoso Arcilloso

28 - 3636 - 4343 - 5151 - 58

Nota: El espacio poroso si varía con otros factores como la estructura, materia orgánica, etc.2.6. Espacio Aéreo.- Es el espacio que está ocupado por aire o gases en los poros del suelo, y se expresa en porcentaje del volumen total. En el desarrollo vegetal, el tamaño de los poros tiene mayor importancia que el espacio poroso total; los suelos de textura fina tienen un mayor volumen total de poros, y debido a su tamaño muy pequeño el movimiento del agua y aire se ve restringido, produciendo muchas veces una inadecuada aireación para el crecimiento de cultivo y microorganismos.

Vt - Vs - Va % E.A. = --------------- * 100 Vt

Donde :% E.A. = Porcentaje de espacio aéreo.Vt= Volumen total. Vs= Volumen ocupado por los sólidos.Va= Volumen ocupado por el agua.

III. MATERIALES Y METODOS:3.1. DETERMINACION DE LA DENSIDAD REAL, DENSIDAD APARENTE Y

ESPACIO POROSO: Método de la Probeta.

No es un método muy preciso debido a que se realiza sobre el suelo disturbado, sin embargo, es rápido, cómodo y permite la estimación de ambas

densidades así como del espacio poroso.Materiales:- Muestra de Suelo.- Probetas graduadas de 100 ml. - Tapones de jebe. - Balanza.- Baquetas de vidrio

- Lápiz de cera.- Piseta con agua destilada.

Procedimiento:1.- Pesar 50 gr de cada muestra de suelo (TFSA).2.- Calcular el peso seco a la estufa (TFSE).3.- Identificar las probetas y echar las muestras de suelo en su respectiva

probeta. Echar poco a poco tratando de compactar el suelo dejando caer la probeta sobre el tapón de jebe por 10 veces desde la altura aproximada de 5 cm.; anotar el volumen final en el cuadro de resultados (N°3).

4.- Calcular la densidad aparente (2:3), colocando el resultado en el cuadro Nº3.5.- Vaciar cuidadosamente las muestras en piezas de papel por separado.6.- Echar 50 ml de agua a cada probeta. Agregar cuidadosamente cada suelo a

su respectiva probeta, agitando la muestra con una bagueta durante la adición, con el fin de expulsar completamente el aire. Tanto como sea posible romper los agregados, dejar en reposo por 5 min. y leer el volumen combinado del suelo y del agua, anotando los resultados.

7.- Determinar la suma de los volúmenes separados del suelo y el agua. Observe que esta suma no es igual al volumen actual de la mezcla suelo más agua; por lo que en la mezcla el agua está ocupando los espacios porosos que antes ocupaba al aire.

8.- Determinar el espacio poroso total por diferencia, entre la suma de volúmenes, menos la medida del volumen actual de la mezcla. Este resultado viene a ser la cantidad de aire desplazado, es decir, aire que ocupaba los espacios porosos cuando el suelo estaba seco.

9.- Calcular el volumen de sólidos del suelo (3 - 8).10.- Calcular la densidad real dividiendo el peso de las partículas del suelo, el cual

es el mismo con espacio poroso o sin él entre el volumen de las partículas sólidas del suelo.

11.- Calcular el porcentaje de porosidad dividiendo el volumen del espacio poroso, entre el volumen total del suelo, y multiplicando por 100 para

expresar el porcentaje.

RESULTADOS:

Cuadro Nº3: Determinación de la densidad aparente, real y espacio poroso, por el método de la Probeta.

Datos a registrar Muestra Arcilla Arena1. Peso suelo seco al aire 50 50 502. Peso de suelo seco a estufa 19,9 17,98 19,223. Volumen total 44 36 434. Densidad aparente 0,45 0,49 0,445. Volumen del agua añadido 50 50 506. Volumen mezcla suelo + agua 72 69 707. Suma de volúmenes (5+3) 99 86 938. Volumen del espacio poroso 27 17 239. Volumen solidos del suelo (3-8) 1,63 2,12 1,8710.Densidad real (2:9) 12,20 8,48 10,2811. Porcentaje de porosidad 3,68 5,77 4,28

3.2. DETERMINACION DE LA DENSIDAD APARENTE: Método del Cilindro.El método se basa en la determinación de la masa de un volumen de suelo

inalterado, extraído con un cilindro de volumen conocido. Se realiza por lo tanto, directamente en el campo.Materiales:- Cilindros de muestra con tapa y anillo adicional.- Trozo de madera. - Estufa- Martillo. - Balanza.- Lampa. - Regla.- Cuchillo de campo.- Cápsula de porcelanaProcedimiento:1. Ubicar un campo y limpiar la superficie a limpiar.2. Colocar el cilindro con sus bordes cortantes hacia abajo y poner el trozo de

madera sobre él. Intercalar entre la madera y el cilindro, un anillo de igual diámetro pero de menor altura (3cm. de longitud aprox.). Con el fín de proteger la muestra de suelo de los golpes del martillo.

3. Con el martillo, golpear la madera sobre la zona donde e halla el cilindro, hasta que éste penetre completamente en el suelo.

4. Con la lampa, quitar la tierra de alrededor del cilindro hasta el nivel bajo de la base inferior de él.

5. Con el cuchillo, cortar la tierra de alrededor del cilindro y luego de extraído, emparejar hasta el nivel de sus bases, inferior y superior.

6. Colocar las tapas y llevar al laboratorio.7. Vaciar el suelo en una cápsula de porcelana raspando

completamente las paredes internas del cilindro y llevarla a la estufa a 105 °C por 24 horas.

8. Pesar el suelo y hacer los cálculos para determinar el volumen de los cilindros, la densidad aparente y el porcentaje de espacio poroso. Para la densidad real asuma el valor promedio de 2.65 g/cc.

Cálculos:

Peso suelo seco a la estufa (gr)Da= ----------------------------------

Volumen Total (cc.)

Vol. del Cilindro = ¶ x r2 x h

RESULTADOS:Cuadro Nº4: Resultados de la determinación de la densidad aparente y cálculo de espacio poroso por el método del cilindro.

N° Muestra

Volumen cilindro

P.S.S.A.(gr)

P.S.S.E.(gr)

Da (gr/cc)

Dr. (gr/cc) H. (%)

1 98,17 216 171,7 1,74 2.65 25,802 98,17 224 183,05 1,86 2.65 22,373 98,17 206 175,41 1,78 2.65 17,43

IV. DISCUSION:

- La variación en la primera muestra 44.3 gr. - La variación en la segunda muestra 40.95 gr.- La Variación en la tercera muestra 30.59 gr

Podemos decir que el suelo antes de someterlo a la estufa tiene un peso mayor y observamos que tiene una variación.

La densidad real no es igual a la densidad aparente. Esto nos indica que que al someterse a la estufa a una temperatura ya predefinida la densidad aparente cambia de valores.

V. CONCLUSIONES:

- La densidad aparente en condiciones de campo se comprobó al hacer las evaluaciones y los experimentos en el laboratorio y todo termino como se esperaba y los resultados obtenidos son los previstos.

- La densidad aparente y la densidad real en condiciones de laboratorio Al someterlos a las pruebas de laboratorio las densidades no cambian mucho o son ligeramente similares.

- Los espacios porosos en las tres muestras varían según a la composición de la muestra.

VI. BIBLIOGRAFIA:

1.- BUCKMAN, H. y BRADY, N. 1965. Naturaleza y Propiedadesde los suelos. Hispano Americano. México. 698 pag.

2.- FORSYTHE, Warren. 1980. Física de Suelos. Manual deLaboratorio. IICA San José-Costa Rica. 145 pag.

3.- IBAÑEZ, Roberto y RAMIREZ, Edgardo. 1976. Manual dePracticas de Edafología. UNSCH. Ayacucho-Perú.

4.- MILLAR, C. E. TURK, L.N. 1971. Fundamentos de laCiencia del Suelo. CECSA. México. 526 pag.

5.- VILLACHICA, H. 1972. Manual de Laboratorio deEdafología. UNALM, Lima-Perú. 189 pag.

VII.- ANEXOS

Figura 1: Materiales para el trabajo

Figura 2: Indicaciones para medir el cilindro de la muestra

Figura 3: Indicaciones para hacer uso del cilindro

Figura 4: Como sacar la muestra del sulo

Figura 5: Terminacion de la muestra del suelo