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33 Rev. Fac. Agron. (LUZ). 2013, 30: 33-52 Influencia del estado de humedad y densificación en las propiedades macroestructurales de un Vertisol en tres niveles de profundidad Influence of the moisture and density in the macrostrucural properties of Vertisol in three deep levels A.A. de la Rosa Andino 1 ,C.M. Herrera Suárez 2 1 Universidad de Granma. Dpto. de Ciencias Técnicas. Granma. Cuba. 2 Universidad Central de Las Villas. Dpto. Mecanización Agropecuaria. Las Villas. Cuba. 3 Universidad de Granma. Dpto. de Ingeniería Agrícola. Granma. Cuba. Resumen En el presente trabajo se investigó la influencia que ejerció el contenido de humedad y el estado de densificación de un Vertisol en el comportamiento de sus propiedades macroestructurales, para tres horizontes de profundidad. El suelo en estudio fue clasificado y se determinaron sus propiedades físicas (peso específico, límites de consistencia, granulometría y contenido de materia orgánica) así como, sus propiedades mecánicas (cohesión, ángulo de fricción interna y el módulo de Young. Para ello se utilizó el ensayo de compresión triaxial, rápido, sin consoli- dar, no drenado. Se efectúo un análisis de regresión multivariado de la dependen- cia existente entre las propiedades mecánicas del suelo, el estado de humedad y densidad del mismo. Durante el análisis de los resultados se puso de manifiesto una relación no lineal entre las propiedades macroestructurales investigadas y el contenido de humedad del suelo, así como su estado de densificación para los dos primeros horizontes de profundidad muestreados (0 a 0,15 m y 0,15 a 0,30 m); sin embargo, para el horizonte más profundo (0,30 a 0,50 m) se encontró una rela- ción lineal, resultado que pudiera estar condicionado por la presencia de un me- nor contenido de materia orgánica. Se evidenció que las magnitudes y tendencias de las propiedades en estudio estuvieron condicionadas por el contenido de hume- dad, densidad, composición granulométrica y contenido de materia orgánica. Las tendencias exhibidas por el suelo objeto de estudio, en cada una de las propieda- des investigadas, concordaron con las obtenidas por otros investigadores en dife- rentes tipos de suelos. Palabras clave: dinámica de suelos, mecánica de suelos, propiedades dinámi- cas, propiedades mecánicas, triaxial. Recibido el 12-6-2012 Aceptado el 23-1-2013 Autor de correspondencia e-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]

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Influencia del estado de humedad y densificaciónen las propiedades macroestructurales de un

Vertisol en tres niveles de profundidad

Influence of the moisture and density in themacrostrucural properties

of Vertisol in three deep levels

A.A. de la Rosa Andino1,C.M. Herrera Suárez2

1Universidad de Granma. Dpto. de Ciencias Técnicas. Granma. Cuba.2Universidad Central de Las Villas. Dpto. Mecanización Agropecuaria.Las Villas. Cuba.3Universidad de Granma. Dpto. de Ingeniería Agrícola. Granma. Cuba.

Resumen

En el presente trabajo se investigó la influencia que ejerció el contenido dehumedad y el estado de densificación de un Vertisol en el comportamiento de suspropiedades macroestructurales, para tres horizontes de profundidad. El suelo enestudio fue clasificado y se determinaron sus propiedades físicas (peso específico,límites de consistencia, granulometría y contenido de materia orgánica) así como,sus propiedades mecánicas (cohesión, ángulo de fricción interna y el módulo deYoung. Para ello se utilizó el ensayo de compresión triaxial, rápido, sin consoli-dar, no drenado. Se efectúo un análisis de regresión multivariado de la dependen-cia existente entre las propiedades mecánicas del suelo, el estado de humedad ydensidad del mismo. Durante el análisis de los resultados se puso de manifiestouna relación no lineal entre las propiedades macroestructurales investigadas y elcontenido de humedad del suelo, así como su estado de densificación para los dosprimeros horizontes de profundidad muestreados (0 a 0,15 m y 0,15 a 0,30 m); sinembargo, para el horizonte más profundo (0,30 a 0,50 m) se encontró una rela-ción lineal, resultado que pudiera estar condicionado por la presencia de un me-nor contenido de materia orgánica. Se evidenció que las magnitudes y tendenciasde las propiedades en estudio estuvieron condicionadas por el contenido de hume-dad, densidad, composición granulométrica y contenido de materia orgánica. Lastendencias exhibidas por el suelo objeto de estudio, en cada una de las propieda-des investigadas, concordaron con las obtenidas por otros investigadores en dife-rentes tipos de suelos.Palabras clave: dinámica de suelos, mecánica de suelos, propiedades dinámi-cas, propiedades mecánicas, triaxial.

Recibido el 12-6-2012 Aceptado el 23-1-2013Autor de correspondencia e-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]

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Abstract

In the current research, the influence exerted by the content of moistureand the densification degree of a Vertisoil on the behavior of its macro-structuralproperties, for three horizons depths were investigated. The soil under study wasclassified and its physical properties (specific weight, consistency limits, sortingand content of organic matter) as well as its mechanical properties (cohesion,internal angle of friction and the Young’s module were determined. In order toaccomplish the latter, the test of three-dimensional compressions was used: fast,without consolidating, not drained. A regression multivariate analysis of theexisting dependency between the mechanical properties of the soil, the humiditydegree and its density were performed. During the analysis of the results anonlinear relation between the investigated macrostructure properties and thecontent of moisture in the soil, as well as its state of densification for the first twosampled horizons of depth were shown (0 to 0.15 m and 0.15 to 0.30 m);nevertheless, for the deepest horizon a linear relation (0.30 to 0.50 m) was found.This result could be conditioned by the presence of a lower contain of organicmatter. It made evident that the magnitudes and tendencies of the propertiesunder study depend on the water content, density, grain sized composition andcontent of organic matter of the soil. The tendencies shown by the soil studied foreach one of the investigated properties agree with those obtained by otherinvestigators in different types of soils.Key words: dynamics properties, mechanical properties, soil mechanics, soildynamics, triaxial.

Introducción

El estudio de la resistencia me-cánica de los suelos agrícolas compren-de la determinación de sus propieda-des macroestructurales, pues las mis-mas aportan los datos que caracteri-zan el comportamiento material delsuelo durante los análisis desarrolla-dos para la posterior toma de decisio-nes. Dentro de estas propiedades seencuentran la cohesión (C), el ángulode fricción interna (φ), modulo de elas-ticidad (E), coeficiente de Poisson (ν),tensión de fluencia del suelo (σφ) y laresistencia a los esfuerzos cortantes(τ). Destacándose la cohesión (C), án-gulo de fricción interna (φ) y el módu-

Introduction

The research of the mechanicresistance of agriculture soils involvesthe determination of itsmacrostructure properties, becausethese provide the data thatcharacterize the material behavior ofthe soil during the developed analysesfor the posterior decision-makings. Onthese properties are the cohesion (C),the internal friction angle (φ) theelasticity module (E), the Poissoncoefficient (ν), the creep tension of thesoil (σφ) , and the elasticity module (τ).Out of these, highlighting the cohesion(C), internal friction angle (φ)and theelasticity module, because on the

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lo de elasticidad (E), debido a que en elcaso específico de la simulacióncomputacional de la respuesta mecá-nica de los suelos mediante el métodode elementos finitos (MEF), los mode-los constitutivos las emplean comodatos de entrada (Herrera, 2006).

Estas propiedades presentan es-trecha relación con el estado físico delsuelo y sus cambios, encontrándoseque tienden a disminuir su magnituden la medida que aumenta el conteni-do de humedad y a aumentar en lamedida que el suelo se encuentra másdenso (Herrera, 2001; Mouazen, 2002;Mouazen et al., 2002; Herrera, 2006;Gitau et al., 2008; González, 2011).

Herrera (2001) encontró valoresmáximos y mínimos de 44 y 8 kPa res-pectivamente, para la cohesión y de 17y 5 grados para el ángulo de friccióninterna en un Vertisol sometido a cor-tante plano, manifestando una tenden-cia a la disminución de la magnitudde estas propiedades cuando el conte-nido de humedad del suelo se encon-traba cerca del 50%, o sea en la medi-da que se acercaba a su límite supe-rior de plasticidad, aumentando cuan-do el suelo alcanzó valores de densidadcercanos a 1,2 g.cm-3, o lo que es lomismo valores cercanos a la máximadensidad alcanzable por estos suelos(Herrera, 2001; Herrera et al., 2001).Estas tendencias coincidieron con lasencontradas por otros autores en sue-los de diferente naturaleza (Herrera,2001; Mouazen, 2002; Mouazen et al.,2002; Pérez de Corcho et al., 2004;Herrera, 2006; González, 2011). Parael caso particular de los Vertisoles setiene como antecedentes los estudiosrealizados por Rodríguez (1999),Herrera (2001), Herrera et al. (2001)

specific case of the computationalsimulation of the mechanic responseof soils with the method of finiteelements (MEF), the constitutivemodels are employed as entrance data(Herrera, 2006).

These properties are closelyrelated to the physical phase of the soil,its changes, evidencing that it tendsto reduce the magnitude at the timethat increases the humidity contentand when the soil gets denser(Herrera, 2001; Mouazen, 2002;Mouazen et al., 2002; Herrera, 2006;Gitau et al., 2008; González, 2011).Herrera (2001) found maximum andminimum values of 44 and 8 kParespectively, for the cohesion of 17 and5 degrees for the internal friction anglein a Vertisol submitted to flat cut, andshowing a tendency to a reduction onthe magnitude of these properties,when the humidity content of the soilwas near 50%, that is, at the time itreached to its plasticity limit, itincreased when the soil obtaineddensity values near 1.2 g.cm-3 , orvalues close to the density maximareached for these soils (Herrera, 2001;Herrera et al., 2001).

These tendencies agreed to thosefound by other authors in soils withdifferent nature (Herrera, 2001;Mouazen, 2002; Mouazen et al., 2002;Pérez de Corcho et al., 2004; Herrera,2006; González, 2011). For the parti-cular case of Vertisols, there arebackgrounds from the researchescarried out by Rodríguez (1999),Herrera (2001), Herrera et al. (2001)in Ventosiles for the North Coast ofVilla Clara, central region of Cuba,after the essays done with direct cuts,essay which according to Juárez

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en los Vertisoles de la costa norte deVilla Clara, región central de Cuba, apartir de los ensayos de corte directo,ensayo que según Juárez (1969),Sowers y Sowers (1979) fue menosexacto para la determinación de C y φ;además, de no poderse determinarPoisson y Young. Tomando en cuentaestos aspectos, la extensión de 694 900ha y debido a que por su importanciaagrícola los Vertisoles en Cuba presen-tan un alto grado de mecanización enbusca del desarrollo de cultivos congrandes beneficios económicos, como loson la caña de azúcar, arroz y cultivosvarios, se realizó el presente trabajoque tuvo como objetivo determinar lainfluencia del contenido de humedad yel estado de densificación de unVertisol en el comportamiento de suspropiedades macroestructurales en tresniveles de profundidad.

Materiales y métodos

La investigación experimental ensu primera etapa comprendió la tomade las muestras de suelo, en las áreasde producción del ComplejoAgroindustrial Azucarero “Batalla deSanta Clara” perteneciente al munici-pio Camajuaní, en la provincia VillaClara, Cuba. El suelo en estudio se cla-sifica como un Vertisol según las cla-sificaciones FAO (1988), Soil SurveyStaff (2010) y según la Nueva Clasifi-cación Genética de los Suelos en Cuba(MINAGRI, 1999) clasificó como unVertisol, de tipo genético VertisolPélico y subtipo oscuro plásticoGleyzozo.

La segunda etapa comprendió ladeterminación de sus propiedades me-cánicas en el laboratorio de mecánica

(1969), Sowers and Sowers (1979) wereless accurate for determining C and φand, without the possibility ofdetermining Poisson and Young.Considering the latter mentioned andthe extension of 694 900 ha, and dueto Vertisols in Cuba have lot ofagriculture importance, with a highmechanization degree looking for thedevelopment of crops with greateconomical benefits, such as sugarcane, rice and different crops, thecurrent research was carried out withthe objective of determining theinfluence of the humidity content andthe density phase of a Vertisol in thebehavior of the macrostructureproperties at three depths levels.

Materials and methods

The first phase of the experimen-tal research included the sampling ofthe soil in the production areas of theSugar Agro industrial Complex “Ba-talla de Santa Clara”, belonging to theCamajuani county, in Villa Clara,Cuba. The soil under study is classifiedas a Vertisol according to the FAOclassifications (1988), Soil Survey Staff(2010), and according to the newgenetic classification of soils in Cuba(MINAGRI, 1999) the soil wasclassified as Vertisol, with genetic PelicVertisol and dark plastic subtypeGleyzed.

The second phase included thedetermination of the mechanicalproperties in the mechanic laboratoryof soils of the Enterprise of ResearchesApplied to the Construction of VillaClara (ENIA-VC).

Recollection and transfer of thesoil. For the collection of the soil

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de los suelos de la Empresa de Investi-gaciones Aplicadas a la Construcciónde Villa Clara (ENIA-VC).

Recolección y traslado delsuelo. Para la recolección de las mues-tras de suelo se abrieron seis hoyos enel campo con dimensiones de 0,60 X0,60 m, para tres niveles de profundi-dad de 0 a 0,15; 0,15 a 0,30; 0,30 a0,50 m. El suelo cortado fue deposita-do en bolsas de nylon y trasladado pos-teriormente al laboratorio de mecáni-ca de los suelos.

Determinación de las propie-dades físicas. En la figura 1 se ob-servan los ensayos realizados en labo-ratorio de mecánica de los suelos, parala determinación de las propiedadesfísicas. Se determinó el peso específi-co, limites de consistencia, lagranulometría y el contenido de mate-ria orgánica.

Preparación de las muestrasde suelo. Para la ejecución de los en-sayos se procedió a la conformación delas probetas de suelo mediante el mé-todo de remoldeo, según NC 10 (1998).En la figura 2 se observa parte de lainstrumentación utilizada para la pre-paración de las muestras de suelo. Lasdimensiones de las probetas emplea-das para el ensayo de compresióntriaxial fueron 100 mm de altura por50 mm de diámetro. Las humedades ydensidades de remoldeo se enmarcaronen los intervalos de 18 a 50% de hu-medad y de 0,9 a 1,2 g.cm-3 de densi-dad aparente seca.

Determinación de las propie-dades macroestructurales. Estaspropiedades se determinaron median-te un ensayo de compresión triaxial rá-pido, no drenado y sin consolidar pre-viamente (estándar). En la figura 3 se

samples, six holes were opened in thefield with dimensions of 0.60 X 0.60m, for three depth levels of 0 to 0.15;0.15 to 0.30; 0,30 to 0.50 m. The cutsoil was deposited in nylon bags andcarried to the mechanic laboratory ofsoils.

Determination of thephysical properties. In figure 1 areobserved the essays carried out in themechanic laboratory of soils, for thedetermination of the physicalproperties. The specific weight, theconsistency limits, the granulometryand the content of organic matter weredetermined.

Preparation of soil samples.For performing the essays wasproceeded to form the test tubes of thesoils with the shape method, accordingto the norm NC 10 (1998). In figure 2are observed parts of the instrumentsused for the preparation of the samplesof the soil. The dimensions of the testtubes employed for the triaxialcompression were 100 mm of height x50 mm of diameter. The humidity anddensities of shaping were framed in theintervals from 18 to 50% of humidityfrom 0.9 to 1.2 g.cm-3 of apparent drydensity.

Determination ofmacrostructure properties. Theseproperties were determined with a fast,undrained and consolidated triaxialessay (standard). In figure 3 areobserved the triaxial compressiondevice used for determining themacrostructure of the soil used. Thesample or test tube of the soil was putinside a triaxial compression chamberprotected with a plastic membrane,which made impossible the filtering ofthe liquid in the chamber. The

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Figura. 1. Determinación de las propiedades físicas del suelo.

Figure. 1. Soil physical properties determination.

Figura. 2. Preparación de las muestras de suelo.

Figure. 2. Soil samples preparation.

observa el aparato de compresióntriaxial utilizado para determinar laspropiedades macroestructurales delsuelo en estudio. La muestra o probetade suelo se colocó en el interior de unacámara de compresión triaxial protegi-da por una membrana de goma que im-posibilitó la filtración de líquido conte-

compression velocity was of 1.27 mm.s-1.The dynamometer ring employed inthe determination of the axial strengthpresented a capacity of 0.4 to 4.9 kN.Three samples were essayed for eachcondition of the soil, withcompressions of the chamber (s3) from35; 50 and 75 kPa.

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nido en la cámara. La velocidad de com-presión en cada una de las corridas fuede 1,27 mm.s- 1. El anillodinamométrico empleado en la deter-minación de la fuerza axial presentóuna capacidad de 0,4 a 4,9 kN. Se en-sayaron tres especímenes por cada con-dición de suelo, con presiones de cá-mara (s3) de 35; 50 y 75 kPa.

Procesamiento estadístico.Se ejecutó a través de un análisis deregresión multivariado de la dependen-cia existente entre las propiedadesmecánicas del suelo y el estado de hu-medad y densidad del mismo y paraello se empleo el procesador estadísti-co Stargraphics Plus 5.1.

Resultados y discusión

Se determinaron las propiedadesfísicas del suelo en estudio para los tresniveles de profundidad y se realizó lacaracterización del mismo. Los resulta-dos de estas propiedades físicas se apre-cian en el cuadro 1. Los mismos permi-tieron clasificar el suelo objeto de estu-dio como una arcilla pesada según eltriángulo de clasificación textural delInstituto de Suelos de la Academia deCiencias (Cairo y Quintero, 1980). Loque corroboró que los Vertisoles son sue-

Figura. 3. Aparato de compresión triaxial.

Figure. 3. Triaxial compression apparatus.

Statistical procedure. Itexecuted using the multivariateregression analysis of dependenceexistent on the mechanic properties ofthe soil and the humidity and densityphases. For this, was used the statisticalprocessor Stargraphics Plus 5.1.

Results and discussion

The physical properties of the soilwere determined in a study for the threedepths levels, and the characterizationof the soil was performed. The results ofthese physical properties are seen intable 1. These allowed classifying the soilas heavy clay, according to the textureclassification triangle of the Soil Instituteof the Science Academy (Cairo and Quin-tero, 1980). This corroborated thatVertisols, are highly clayey soils,reaching 73% of clay, which transformedit into a soil with very specificcharacteristics, from the tillage point ofview. On the other hand, the analysis ofthe consistency limits was carried out,and it was observed that this soilpresented an extremely plastic nature,reaching a maximum plasticity level of58.1%. The highest concentration oforganic matter was found on the horizonfrom 0.00 to 0.15 m of depth.

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los altamente arcillosos, alcanzando has-ta un 73% de arcilla, lo que lo convirtióen un suelo con características muy es-peciales desde el punto de vista de la di-ficultad para el laboreo. Por otro lado seejecutó el análisis de los límites de con-sistencia y se observó, que este suelopresentó una naturaleza extremadamen-te plástica, alcanzando un índice de plas-ticidad máximo de 58,1%. La mayor con-centración de materia orgánica se en-contró en el horizonte de 0,00 a 0,15 mde profundidad.

Según el sistema unificado de cla-sificación de suelos, basado en el em-pleo de la carta de plasticidad (NC 59,2000), este suelo clasificó como una ar-cilla de grano fino del tipo CH y OH,arcilla muy plástica orgánica (figura 4).

Figura. 4. Carta de plasticidad para clasificar los suelos.

Figure. 4. Letter of plasticity to classify grounds.

IP: Índice plástico, LL: Límite líquido, Prof: Profundidad, CL: Arcilla poco plástica, ML: Limo,ML y OL: Limo y arcilla orgánica, CL y OL: Arcilla poco plástica y arcilla orgánica, CH y OH:Arcilla muy plástica y limo orgánico, MH y OH: Limo plástico y limo orgánico.

According to the unified systemof the classification of the soils, basedon the employment of the plasticitynorm (NC 59, 2000), this soil wasclassified as a fine-grain clay with CHand OH, and organic plastic clay (fi-gure 4).

Once determined themacrostructure properties, the relationto the humidity and density phase ofthe soil was analyzed. It was detectedthat these tended to reduce theirmagnitude at the time that increasedthe humidity content of the soil, andincreased at the time that the soil wasdenser.

In table 2 are seen the results ofthe multivariate regression analysis,where was evidenced the close relation

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Determinadas las propiedadesmacroestructurales, se analizó su re-lación con el estado de humedad y den-sidad del suelo. Se detectó que las mis-mas tendieron a disminuir su magni-tud en la medida que aumentó el con-tenido de humedad del suelo eincrementó en la medida que el suelose encontraba más denso.

En el cuadro 2 se aprecian losresultados del análisis de regresiónmultivariado, donde se evidenció laestrecha relación entre la magnitud delas propiedades macroestructurales delVertisol objeto de estudio (cohesión,ángulo de fricción interna y módulo deYoung) y el estado físico del suelo (con-tenido de humedad y densidad del sue-lo). Los estadígrafos mostraron la va-lidez de las relaciones encontradas paratodos los horizontes de profundidad enanálisis.

Durante el análisis de los resul-tados se puso de manifiesto una rela-ción no lineal entre las propiedadesmacroestructurales investigadas y elcontenido de humedad del suelo, asícomo su estado de densificación paralos dos primeros horizontes de profun-didad muestreados (0 a 0,15 m y 0,15a 0,30 m); sin embargo, para el hori-zonte más profundo (0,30 a 0,50 m) seencontró una relación lineal, resulta-do que pudiera estar condicionado porla presencia de un menor contenido demateria orgánica.

Cohesión (C): El resultado dela determinación del comportamientode la cohesión a partir del análisis deregresión multivariado mostró una ten-dencia a disminuir no linealmente enla medida que aumentó el contenidode humedad para los dos primeros ni-veles de profundidad (0 a 0,15; 0,15 a

between the magnitude of themacrostructure properties of Vertisol(cohesion, internal friction angle andYoung module), and the physical phaseof the soil (humidity content anddensity of the soil). The statisticiansshowed the accuracy of the relationsfound for all the depth horizons underanalyses.

During the analysis of theresults, was indicated a non-linearrelation between the researchedmacrostructure properties and thehumidity content of the soil, as wellas its density phase for the first twosampled depth horizons (0 to 0.15 mand 0.15 to 0.30 m); however, for thedeepest horizon (0.30 to 0.50 m) wasfound a linear relation, result thatmight be conditioned by the presenceof a lower content of organic matter.

Cohesion (C): The result of thebehavior determination of the cohesionafter the multivariate regressionanalysis, showed a non-linear tendencyto reduce at the time that increasedthe humidity content for the first twodepth levels (0 to 0.15; 0.15 to 0.30 m),with a regression coefficient (R2=97.09% and R2= 97.40%) respectively.This tendency agreed to the onesreferred in other soils by Ortiz andHernánz (1988), Chuchman et al.(1993), Chancellor (1994), Sánchez(1995), Herrera (2001), Mouazen(2002), Mouazen et al. (2002), Pérez deCorcho et al. (2004), Herrera (2006),Herrera et al. (2008) and González(2011), even though it differed to theone obtained by Duran (2002) andSánchez (2011), where the cohesionreached a maximum value for adetermined humidity content, andthen, it started to reduce. On the third

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027

,48

0,15

a 0

,30

19 4

28,2

*/W

2 +2

1,90

6 5

* γδ

97,4

08,

3866

,09

43,3

120

,53

0,30

a 0

,50

-0,7

95 3

4*W

+67

, 006

8 *

γδ

99,2

34,

09f,

°25

,17

17,6

75,

610

a 0,

15-0

,005

876

74

* W

2 + 2

2, 5

65 8

γδ95

,89

3,62

25,9

317

,61

3,95

0,15

a 0

,30

-0,0

06 8

65 8

7 *

W2 +

23,

469

* γδ

94,7

74,

3323

,29

12,9

90,

210,

30 a

0,5

0-0

,579

874

* W

+ 3

0,79

*sqr

t(γδ

)96

,71

2,44

E, k

Pa15

510

,95

6 80

4,70

4 20

2,01

0 a

0,15

3,38

5 12

E6

* /W

2 + 3

516

,01

* (γδ)

297

,92

1 22

1,58

17 5

52,5

36

170,

743

390,

780,

15 a

0,3

04,

855

18E

6 *

/W2 +

1 7

90,2

1 *

(γδ)

299

,25

784,

2812

074

,16

7 70

1,23

3 32

8,3

0,30

a 0

,50

-156

,193

* W

+ 1

2 41

5,5

*γδ

94,0

32

089,

43

R2 :

Coe

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0,30 m), con un coeficiente de regre-sión (R2= 97,09% y R2= 97,40%) res-pectivamente. Tendencia que coincidiócon las referidas en otros suelos porOrtiz y Hernánz (1988), Chuchman etal. (1993), Chancellor (1994), Sánchez(1995), Herrera (2001), Mouazen(2002), Mouazen et al. (2002), Pérez deCorcho et al. (2004), Herrera (2006),Herrera et al. (2008) y González (2011),aunque difirió de la tendencia encon-trada por Duran (2002) y Sánchez(2011) donde la cohesión alcanzó unvalor máximo para un determinadocontenido de humedad y luego comen-zó a disminuir. Destacándose, que enel tercer horizonte (0,30 a 0,50 m) lacohesión disminuyó de formainversamente proporcional al conteni-do de humedad con un coeficiente deregresión R2=99,23%. Sin embargo, seobservó que en la medida que el suelose encuentraba más denso la cohesiónaumentó en los tres horizontesmuestreados. Para el primer horizon-te de profundidad se encontró que au-mentó de forma no lineal, en contra-posición al resto de los horizontes, don-de la cohesión aumentó linealmentecon el consiguiente aumento de la den-sidad (cuadro 2), alcanzando valoresmáximos de 87,17 kPa cuando el sue-lo presentó un 18% de humedad (esta-do seco y compactado) y valores míni-mos de 20,53 kPa cuando el suelo tuvoun 50% de humedad (húmedo y pococompacto). Estas magnitudes concor-daron para un rango de humedad en-tre el 32 y 48% con las encontradaspor otros autores (Ortiz y Hernánz,1988; Chuchman et al., 1993; Pérezde Corcho et al., 2004), en suelos detextura arcillosa (25 a 35 kPa), alcan-zando valores muy superiores a los ci-

horizon (0.30 to 0.50 m), the cohesionreduced inversely proportional to thehumidity content, with a regressioncoefficient of R2=99.23%. However, itwas observed that at the time the soilwas denser, the cohesion increased inthe three sampled horizons. For thefirst depth horizon, was found that ithad a non-linear increment, on thecontrary of the rest of the horizons,where the cohesion increased lineallywith the subsequent increment ofdensity (table 2), reaching maximumvalues of 87.17 kPa, when the soilpresented a 18% of humidity (dry andcompacted phase) and minimumvalues of 20.53 kPa, when the soil hada 50% of humidity (wet and lesscompact). These magnitudes agreedwith a humidity rank from 32 to 48%,to those found by Ortiz and Hernánz,1988; Chuchman et al., 1993; Pérezde Corcho et al., 2004), in clayey soils(25 to 35 kPa), reaching superior valuesto those cited by these authors, whenthe humidity content reduced(W<32%). The comparison of theseresults to the ones obtained by otherresearches such as Rodríguez (1999)and Herrera (2001) in Vertisol, showedsuperior magnitudes of this variable,which was conditioned by the essaymethod employed by these authors(direct cut), since is known that thetriaxial compression essays were moreaccurate than those with direct cuts.Similar results were obtained byMouazen (2002) when comparing thesetwo essays in a loamy-sandy soil.

The comparison on the cohesionmagnitude on each depth horizonallowed affirming that there was atendency to reduce its value at the timethat increases the depth of sampling

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tados por estos autores cuando el con-tenido de humedad disminuyó(W<32%). La comparación de estosresultados con los obtenidos por otrosinvestigadores como Rodríguez (1999)y Herrera (2001) en Vertisol mostrómagnitudes superiores de esta varia-ble, lo cual estuvo condicionado por elmétodo de ensayo empleado por estos(cortante directo), pues se reconoce quelos ensayos de compresión triaxial fue-ron más exactos que los de corte direc-to. Resultados similares fueron encon-trados por Mouazen (2002) al compa-rar estos dos ensayos en un suelo francoarenoso.

La comparación de la magnitudde la cohesión en cada horizonte deprofundidad permitió afirmar, quehubo una tendencia a la disminuciónde su valor en la medida que aumentala profundidad de muestreo (cuadro 2).Encontrándose que los máximos valo-res se obtuvieron en el primer horizontede muestreo, resultado que estuvo con-dicionado por el contenido de materiaorgánica 2,65% (cuadro 1), pues unaumento del contenido de materia or-gánica trajo como consecuencia unaumento de la resistencia mecánica delsuelo. Sin embargo, en el segundo ytercer horizonte el valor de la cohesiónfue menor, producto de que en ambasprofundidades el contenido de materiaorgánica fue inferior, resultados simi-lares fueron encontrados por Fielke(1999).

Las magnitudes de esta variableen el primer y segundo horizonte fue-ron similares a pesar de la marcadadiferencia en el contenido de materiaorgánica, debido a la influencia queejerció la plasticidad, pues el índice deplasticidad en el segundo horizonte fue

(table 2). The maximum values wereobtained on the first sampling horizon,result which was conditioned by thecontent of organic matter 2.65% (table1), because an increment on the contentof organic matter caused an incrementon the mechanic resistance of the soil.However, in the second and third horizon,the cohesion value was lower, since inboth depths, the content of organicmatter was inferior, similar results werefound by Fielke (1999). The magnitudesof this variable in the first and secondhorizon were similar in spite of themarked difference in the content of theorganic matter, due to the influence thathad the plasticity, because, the plasticityindex in the second horizon was higher.This result evidenced that for the soilunder study, the plasticity had a higherinfluence on the mechanical resistanceof the soil than on the content of theorganic matter.

Angle of internal friction (φφφφφ).The results of the statistical processingshowed that the values on the first twodepth horizons had a non-linearreduction with the increment of thehumidity content (table 2), increasingthese values lineally with theincrement of the apparent density(table 2), with a regression coefficientR2=95.89% and 94.77% respectively.The minimum values obtained forthese two horizons researched weresimilar to the magnitudes referred byother authors in different types of thesoils (Ortiz and Hernánz, 1988;Chuchman et al., 1993; Sánchez, 1995;Rodríguez, 1999; Herrera, 2001; Pérezde Corcho et al., 2004; Gitau et al.,2008), and the maximum were closedto the reported by Mouazen (2002),Mouazen et al. (2002) and Gitau et al.

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mayor. Este resultado evidenció quepara el suelo en estudio la plasticidadtuvo mayor influencia en la resisten-cia mecánica del suelo que el conteni-do de materia orgánica.

Ángulo de fricción interna (φ).Los resultados del procesamiento es-tadístico mostraron que sus valores enlos dos primeros horizontes de profun-didad disminuyeron no linealmente conel aumento del contenido de humedad(cuadro 2). Incrementándose estos va-lores de forma lineal con el aumentode la densidad aparente (cuadro 2), conun coeficiente de regresión R2=95,89%y 94,77% respectivamente.

Los valores mínimos que se ob-tuvieron para estos dos horizontes in-vestigados se acercaron a las magni-tudes referidas por otros investigado-res en diferentes tipos de suelos (Ortizy Hernánz, 1988; Chuchman et al.,1993; Sánchez, 1995; Rodríguez, 1999;Herrera, 2001; Pérez de Corcho et al.,2004; Gitau et al., 2008) y los máxi-mos estuvieron cerca de los reporta-dos por Mouazen (2002), Mouazen etal. (2002) y Gitau et al. (2008). Lastendencias presentadas en estos doshorizontes concordaron con las referi-das por Chancellor (1994), Herrera(2001), Herrera (2006), Herrera et al.(2008) y González (2011) en suelos denaturaleza semejante al Vertisol obje-to de estudio. Sin embargo, otros in-vestigadores como Mouazen et al.(2002), Pérez de Corcho et al. (2004),Gitau et al. (2008) y Sánchez (2011)reportaron que el ángulo de friccióninterna aumenta su valor hasta alcan-zar un valor máximo para un conteni-do de humedad determinado, a partirdel cual comenzó a disminuir según elaumento del contenido de humedad.

(2008). The tendencies presented inthese two horizons agreed to thosereferred by Chancellor (1994), Herrera(2001), Herrera (2006), Herrera et al.(2008) and González (2011) in soils witha nature similar to Vertisol. However,other researches such as Mouazen etal. (2002), Pérez de Corcho et al. (2004),Gitau et al. (2008) and Sánchez (2011)reported that the internal friction angleincreases its value to reach amaximum value for a determinedhumidity content, after which startedto reduce according to the incrementon the humidity content. Thisdifference might be due to the natureof the soil researched, because it hasbeen found in soils with a lower contentof clay than in the research soil.

In the horizon from 0.30 to 0.50m of depth, was observed that whenthe humidity content increased, theinternal friction angle had a inverselyproportional reduction, however, thisvariable, in relation to the density, hada non-linear increment with aregression coefficient of R2=96.71%(table 2).

When comparing the behavior ofthe internal friction angle of the soilin the three evaluated depth levels,was observed that its magnitudereduced at the time that increased thedepth of the soil, reaching minimumvalues that oscillated from 0.21 to25.17º (table 2), showing the cohesivecharacter of this soil, which behavedas a un-friction or cohesive soil, whenfound of a phase with a humidity at50%. This result was conditioned bythe influence of the clay content, whichwhen increasing provoked thereduction of the internal friction angle.Also, the action of the water content

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Esta diferencia podría estar dada porla naturaleza del suelo investigado,pues ha sido encontrada en suelos conun menor contenido de arcilla que elsuelo investigado.

En el horizonte de 0,30 a 0,50 mde profundidad se observó que al au-mentar el contenido de humedad dis-minuyó de forma inversamente propor-cional el ángulo de fricción interna, sinembargo, está variable con relación ala densidad incrementó de forma nolineal con un coeficiente de regresiónR2=96,71% (cuadro 2).

Al comparar el comportamientodel ángulo de fricción interna del sueloen los tres niveles de profundidad estu-diados, se observó que su magnitud dis-minuyó en la medida que se incrementóla profundidad del suelo, llegando a al-canzar valores mínimos que oscilaronde 0,21 a 25,17º (cuadro 2), poniendo demanifiesto el carácter cohesivo de estesuelo, el cual llegó a comportarse comoun suelo no friccionante, o lo que es lomismo puramente cohesivo, cuando seencontró en estado suelto con una hu-medad cercana al 50%. Este resultadoestuvo condicionado por la influencia delcontenido de arcilla, el cual al aumen-tar provocó la disminución del ángulode fricción interna. Además de que laacción del contenido de agua actuó comolubricante disminuyendo la friccióninterpartículas.

Las magnitudes determinadas seencontraron en el rango planteadocomo típico para suelos de elevado con-tenido de arcilla, lo cual concordó conlo referido por Ortiz y Hernánz (1988)y Sánchez (1995).

En comparación con los resulta-dos obtenidos por Rodríguez (1999) yHerrera (2001) en Vertisoles, las mag-

acted as lubricant, reducing the inter-particles friction.

The magnitudes determined werefound in the rank posed as typical forsoils with elevated clay content, whichagreed to the referred by Ortiz andHernánz (1988) and Sánchez (1995).

Compared to the resultsobtained by Rodriguez (1999) andHerrera (2001) in Vertisols, the mag-nitudes reached were superior tothose found by these researches.However, these results agreed to theones found by Mouazen (2002) inloamy-sandy soil.

Young module (E). Thedetermination result of the behaviorof this property after the multivariateregression analysis showed a closedependence in relation to the humidityand density phase of the soil, with atendency to a non-linear reductionwith the increment of the humiditycontent of the soil (table 2), theopposite happened when increased thedensity of the soil, that is, itsmagnitude had a non-linearincrement with the subsequentincrement of the apparent densitywith a regression coefficientR2=97.92% and R2=99.25% in the firsttwo depth sampled horizons (table 2).

The tendencies showed, agreed tothe ones found by Chancellor (1994),Mouazen and Neményi (1999),Mouazen (2002), Mouazen et al. (2002),Hossne et al. (2003), Herrera (2006),Herrera et al. (2008) and González(2011) for clayey soils, and with othernature. In the third depth horizon, wasseen an inversely proportional linebetween Young module and thehumidity phase, with a regressioncoefficient R2=94.03%. Likewise, the

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nitudes alcanzadas fueron superioresa las encontradas por estos investiga-dores. Sin embargo, concordaron conlos resultados obtenidos por Mouazen(2002) en suelo franco arenoso.

Módulo de Young (E). El resul-tado de la determinación del compor-tamiento de esta propiedad a partir delanálisis de regresión multivariado mos-tró una estrecha dependencia con res-pecto al estado de humedad y densi-dad del suelo, tendiendo a disminuirde forma no lineal con el aumento delcontenido de humedad del suelo (cua-dro 2), ocurriendo lo contrario cuandose incrementó la densidad del suelo;es decir, su magnitud aumentó nolinealmente con el consiguiente au-mento de la densidad aparente, con uncoeficiente de regresión R2=97,92% yR2=99,25% en los dos primeros hori-zontes de profundidad muestreados(cuadro 2).

Las tendencias mostradascoincideron con las encontradas porChancellor (1994), Mouazen y Neményi(1999), Mouazen (2002), Mouazen et al.(2002), Hossne et al. (2003), Herrera(2006), Herrera et al. (2008) y González(2011) tanto para suelos con texturaarcillosa, como de otra naturaleza. Enel tercer horizonte de profundidad semostró una relación lineal einversamente proporcional entre elmódulo de Young y el estado de hume-dad, con un coeficiente de regresiónR2=94,03%. De igual forma la relaciónentre el módulo de Young y la densidadaparente del suelo fue lineal pero direc-tamente proporcional; es decir, sus va-lores aumentaron en la medida que elsuelo se tornó más denso (cuadro 2).

La tendencia de disminución delmódulo de Young se explica, porque al

relation between the Young module andthe apparent density of the soil waslinear buy directly proportional, thatis, their values increased at the timethe soil became denser (table 2).

The reduction tendency of theYoung module is explained because,when increasing the water content,this acted as a lubricant, allowing thatthe particles of the soil were recognizedmore easily from the empty spaces,propitiating the fluency of the mate-rial to a lower effort. Also, theincrement of the humidity provoked areduction of the rigidity and theresistance to the cut, because thevolume of the solids reduced, and theattraction strength decreased amongthe particles of the soil. However, themagnitudes of the Young module werehigher when the soil was morecompact; due to on this phase therewas a closer contact between theparticles, increasing their rigidity,which increased the elasticity.

Comparing the behavior of theYoung model (E) on each of thehorizons, was observed that themaximum values (17 552 kPa) wereobtained in the intermediate horizon(depth from 0.15 to 0.30 m), whichpresented the highest clay content andmanifested its influence on themechanical resistance of the soil (tables1 and 2).

These results evidenced that thesoil under research was a heavy weightdifficult to work, due to the highresistance to the attraction, whichmainly showed when worked in a dryphase, because on this phase werecombined high values of cohesion andinternal friction, which tribute theincrement to the cut resistance of the

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aumentar el contenido de agua estaactuó como lubricante, permitiendo quecon mayor facilidad las partículas delsuelo fueran reorganizadas entre losespacios vacíos, propiciando la fluenciadel material a un menor esfuerzo cor-tante. Además de que el incremento dela humedad provocó una disminuciónde la rigidez y de la resistencia al corte,debido a que el volumen de los sólidosdisminuyó y decreció la fuerza de atrac-ción entre las partículas de suelo. Sinembargo, las magnitudes del módulo deYoung fueron mayores cuando el suelose encontraba más compacto, debido aque en este estado hubo un contacto máscercano entre sus partículas, aumen-tando su rigidez, lo que incrementó laelasticidad.

Comparando el comportamientodel módulo de Young (E) en cada unode los horizontes, se observó que losmáximos valores (17 552 kPa) se al-canzaron en el horizonte intermedio(Profundidad de 0,15 a 0,30 m), el cualpresentó el mayor contenido de arcillalo que puso de manifiesto la influenciade la misma en la resistencia mecáni-ca del suelo (cuadros 1 y 2).

Estos resultados evidenciaron queel suelo objeto de estudio fue un suelopesado de difícil laborabilidad dada laelevada resistencia a la tracción queofreció sobre todo cuando se laboró enestado seco, pues en este estado se com-binaron valores elevados de la cohesióny fricción interna los cuales tributaronal aumento de la resistencia al corte delsuelo y por consiguiente al aumento dela resistencia a la tracción. De igualforma especial atención se debe prestaral laboreo del suelo, cuando este poseeuna humedad por encima del 36% puesla misma marca el límite de adheren-

soil, subsequently, the increment of theattraction resistance.

Likewise, special attention mustbe paid to the tillage of the soil, whenits humidity be over 36%, since thismarks the adherence limit of the soilto the surface of the tillage tool, thatis, after it, the adherence value growsconsiderably, provoking the basementof the soil in the working areas of thetillage tools, affecting the quality of thework and the physical fertility of thesoil.

At humidities over this value,decreases considerably the mechanicresistance of the soil, therefore, thereis a great possibility that there wouldbe problems on the mechanic tractionmeans employed during tillage. Theoptimum humidity for the tillage ofthese soils is close to the plastic limitof it, that is, from 20 to 25% ofhumidity, because on this rank ofhumidity, the soil offers the lowestresistance to the tillage, due to itreaches the minimum values of thesum of the efforts product to the cutresistance of the soil and the slope onthe surface of the tillage tool.

Conclusions

The tendencies exhibited by thesoil studied on each of the propertiesagreed to the ones obtained by otherresearchers in different types of soils,likewise agree to the properties in soilswith clayey nature.

The behavior of themacrostructure properties of Vertisol,was conditioned by the humidity anddensity phase of it, reaching thehighest mechanical resistance whenthe soil was dry and compact.

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cia del suelo a la superficie de la herra-mienta de labranza, es decir a partirde esta el valor de la adherencia crececonsiderablemente provocando elembasamiento del suelo en los órganosde trabajo de los aperos de labranza,afectando la calidad de la labor y aten-tando contra la fertilidad física del sue-lo. A humedades por encima de estevalor decrece considerablemente la re-sistencia mecánica del suelo por lo queexiste una gran probabilidad de quesurjan problemas de traficabilidad delos medios de tracción mecanizadosempleados durante la labranza. Lashumedades óptimas para el laboreo deestos suelos están cercanas al límiteplástico del mismo, es decir de 20 a 25%de humedad, pues en este rango de hu-medad el suelo ofrece la menor resis-tencia al laboreo debido a que se alcan-zan los valores mínimos de la sumatoriade los esfuerzos que surgen producto ala resistencia al corte del suelo y sudeslizamiento sobre la superficie de laherramienta de labranza.

Conclusiones

Las tendencias exhibidas por elsuelo objeto de estudio en cada una delas propiedades estudiadas concorda-ron con las obtenidas por otros inves-tigadores en diferentes tipos de sue-los, igualmente concordaron las pro-piedades en suelos de naturaleza ar-cillosa.

El comportamiento de las propie-dades macroestructurales del Vertisolobjeto de estudio estuvo condicionadopor el estado de humedad y densidaddel mismo, alcanzando la mayor resis-tencia mecánica cuando el suelo estu-vo seco y compacto.

The content of organic matterand clay present in the soil influenceddirectly on the behavior if themacrostructure properties of the soilstudied.

The results obtained resulted ofgreat interest for the producers and thedecision-makers at the time ofplanning and carrying out tillageworks, allow defining that theoptimum humidy for the tillage ofVertisol was in the interval from 20 to25%.

El contenido de materia orgánicay arcilla presente en el suelo influyerondirectamente en el comportamiento delas propiedades macroestructurales delsuelo objeto de estudio.

Los resultados alcanzados resul-taron de especial interés para los pro-ductores y tomadores de decisiones ala hora de planificar y realizar las ope-raciones de labranza, permitiendo de-finir que la humedad óptima para ellaboreo del Vertisol en estudio se en-contraba en el intervalo de 20 a 25%.

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