propiedades fisicas de los suelos trabajo

7/21/2019 Propiedades Fisicas de Los Suelos Trabajo

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PROPIRDEDES FISICAS DELOS SUELOS

SOIL PHYSICAL PROPIRDEDES DELOS

AUTOR: GUEVARA BENAVEBTE Omar Daiwis

UNIVERCIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ

CARRERA PROFECIONAL DE INGENIERIA CIVIL


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R E S U M E N

L a s p r o p i e d a d e s f s i c a s d e l o s s u e l o s e s t n

c o n f o r m a d a s p o r l a t e x t u r a , l a e s t r u c t u r a , l ac o n s i s t e n c i a , l a d e n s i d a d , l a a i r e a c i n , l at e m p e r a t u r a y e l c o l o r c o m o c o m o t a m b i n c o n t i e n e

L a s c a r a c t e r s t i c a s f s i c a s d e l o s s u e l o s l o s c u a l e ss o n e l p e s o e s p e c i f i c o d e u n s u e l o , p e s oe s p e c f i c o s e c o , p e s o e s p e c f i c o s a t u r a d o , p e s oe s p e c f i c o s u m e r g i d o .

The physical properties of the soil are made by the texture, structure,consistency, density, aeration, temperature and color and also containsThe physical characteristics of the soils which are the specific weight of aground dry specific weight, specific gravity saturated, submerged specificweight.


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I N T R I D U C C I O N

Las propiedades fsicas de los suelos, determinan en gran medida, lacapacidad de muchos de los usos a los que el hombre los sujeta. La condicinfsica de un suelo, determina, la rigidez y la fuerza de sostenimiento, la facilidadpara la penetracin de las races, la aireacin, la capacidad de drenaje y dealmacenamiento de agua, la plasticidad, y la retencin de nutrientes. Seconsidera necesario para las personas involucradas en el uso de la tierra,conocer las propiedades fsicas del suelo, para entender en qu medida ycmo influyen en el crecimiento de las plantas, en qu medida y cmo laactividad humana puede llegar a modificarlas, y comprender la importancia demantener las mejores condiciones fsicas del suelo posibles.


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PROPIEDADES FISICAS DE LOS SUELOS

1. La textura depende de la proporcin de partculas minerales de diversotamao presentes en el suelo. Las partculas minerales se clasifican portamao en cuatro grupos:

Fragmentos rocosos: dimetro superior a 2 mm, y son piedras, grava ycascajo.

Arena: dimetro entre 0,05 a 2 mm. Puede ser gruesa, fina y muy fina. Losgranos de arena son speros al tacto y no forman agregados estables, porqueconservan su individualidad.

Limo: dimetro entre 0,002 y 0,5 mm. Al tacto es como la harina o el talco, ytiene alta capacidad de retencin de agua.

Arcilla: dimetro inferior a 0,002 mm. Al ser humedecida es plstica ypegajosa; cuando seca forma terrones duros.


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Origen de la textura del sueloHay que considerar en primer trmino la roca madre; el suelo tendrindiscutiblemente una tendencia congnita a ser arcilloso, limoso, arenoso,segn que la roca sea arcillosa, limosa, o arenosa, en el caso de rocassedimentarias y sedimentos, o bien que sea capaz de producir esos elementos

en el curso de su alteracin, si se presenta al estado de roca consolidada ycoherente.Esta tendencia puede ser favorecida o contrarrestada por la evolucin. Elhumus aparece normalmente con todos los factores que condicionan sunaturaleza (vegetacin, clima, medio pedolgico, etc.). El suelo puede entoncesenriquecerse con humus clcico y estabilizarse, o puede descalcificarse y serlixiviado. En este caso, la proporcin de arcilla disminuye en la superficie yaumenta en la profundidad. El humus puede dar lugar a migraciones capacesde transformar radicalmente la textura original, como por ejemplo en lapodzolizacin. Mientras se produce esta evolucin, la alteracin de la rocamadre puede continuar, puede enlentecerse y hasta detenerse.

Todas estas eventualidades influyen sobre la textura del suelo. Esta dependepor lo tanto, en grados diversos, de la naturaleza de la roca madre y de losprocesos de evolucin del suelo. En resumen, la textura de un suelo ser elresultado de la accin de los factores de formacin de suelo y su intensidad deaccin.

Clasificacin y propiedades de las partculas del suelo

Clasificacin por TamaoLa composicin por tamao de las partculas (granulomtrica) de un suelo, esel porcentaje de materia mineral en peso de cada fraccin, obtenida porseparacin de las partculas minerales en dos ms clases por tamaomutuamente excluyentes.Las propiedades de las partculas gruesas y finas del suelo difierenconsiderablemente, pero no hay una divisin natural marcada de ninguna clasede tamao de partcula. Sin embargo, para propsitos prcticos se hanestablecido algunos lmites. Comnmente en los suelos se separan por lomenos tres clases por tamao usualmente denominados arena, limo y arcilla.El procedimiento usado para medir la composicin granulomtrica es el anlisisgranulomtrico o mecnico. Los numerosos mtodos de anlisis estn basados

en el hecho de que la velocidad de cada de las partculas del suelo a travsdel agua aumenta con el dimetro de las mismas, o en una combinacin deesta propiedad con el uso de tamices para separar las partculas gruesas.

Se han propuesto varias y diferentes clasificaciones de las fracciones.Citaremos dos de las ms importantes, la establecida por el Departamento deAgricultura de U.S.A. y la propuesta ltimamente por la Sociedad Internacionalde la Ciencia del Suelo. Se exponen ambas en el cuadro 1.


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Todas las clasificaciones por tamao, tienen en comn el lmite de dos micras(0.002 mm) para la fraccin arcilla y difieren fundamentalmente en lasubdivisin de la fraccin arena.En la siguiente figura se presenta la relacin en tamao de las partculas dearena, limo y arcilla

Naturaleza fsica de las fracciones del sueloLas fracciones gruesas, arena y grava, cuando no estn cubiertas de arcilla y

limo carecen prcticamente de plasticidad y de tenacidad. Su capacidad deretener agua es escasa y debido a los grandes espacios entre sus partculas


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separadas, el paso del agua gravitacional es rpido. Facilita as el drenaje y eleficaz movimiento del aire. Los suelos en los que predominan la arena o lagrava, por esto, son de carcter abierto poseen un buen drenaje y aireacin yno ofrecen resistencia al laboreo.

Las partculas de arcilla normalmente son laminares como la mica, y si sehumedecen son muy plsticas. Cuando se moja la arcilla con una cantidadadecuada de agua, se expande y se vuelve pegajosaLas partculas de limo tienden a ser irregulares, distintas en forma y rarasveces lisas o pulidas. Son en su mayora partculas microscpicas, siendo elcuarzo el mineral dominante. La fraccin limo posee alguna plasticidad,cohesin y adsorcin debido a una pelcula de arcilla que recubre las partculasde la fraccin, pero desde luego, en mucho menor grado que la propia fraccinde arcilla.La dominancia de fracciones finas en un suelo, le determina una textura quetiende a retardar el movimiento del agua y aire. Un suelo as ser altamenteplstico y fuertemente adhesivo cuando est demasiado mojado, y ser pesadoy convertido en terrones al secarse, a menos que se trabaje adecuadamente.La expansin y contraccin suele ser grande, al mojarse y secarsealternativamente, y la capacidad de retener agua de los suelos de textura finaes alta en general. Como acaba de decirse tales suelos se llaman pesados porsus cualidades de difcil laboreo, en contraste marcado con los livianos, de fcillaboreo, los suelos arenosos.Sin embargo, suelos de textura fina pueden poseer buenas caractersticas dedrenaje y aereacin, si tienen una buena estructura. Esta propiedad se discuteadelante.

Superficie especfica de fracciones del suelo.La Superficie especfica de una partcula, se define, como el total de superficiede partculas por unidad de volumen (m2/m3) o de masa (m2/gr), por lo que amenor tamao de partculas, mayor ser su superficie especifica. Tambindepende de la forma de las mismas. En la Tabla 2 se observa el cambio desuperficie de una esfera, de un determinado volumen, al cambiar de forma, adiscos de diferente radio.

Tabla 3. Superficie especfica, capacidad de intercambio d e cationes y densidad de carga de varios

minerales de arcilla


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Clases Texturales.

Para determinar el tipo granulomtrico o clase textural de un suelo, se recurre a variosmtodos. Se utilizan cada vez ms los diagramas triangulares, siendo el tringulo de

referencia un tringulo rectngulo o un tringulo equiltero. Se usa actualmente, de unmodo casi unnime, un tringulo equiltero. Cada uno de sus lados a un eje graduado

de 10 en 10, de 0 a100, sobre el cual se transporta la cantidad del elemento querepresenta; en general un lado del tringulo corresponde a la arcilla, el otro al limo, el

tercero a la arena. Ver Figura.


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2. La estructura: es la forma en que las partculas del suelo se renenpara formar agregados. De acuerdo a esta caracterstica se distinguen suelosde estructura esferoidal (agregados redondeados), laminar (agregados enlminas), prismtica (en forma de prisma), blocosa (en bloques), y granular (engranos).


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3. La consistencia: se refiere a la resistencia para la deformacin o

ruptura. Segn la resistencia el suelo puede ser suelto, suave, duro, muyduro, etc. Esta caracterstica tiene relacin con la labranza del suelo ylos instrumentos a usarse. A mayor dureza ser mayor la energa(animal, humana o de maquinaria) a usarse para la labranza.

Consistencia del suelo es usualmente definida como el trmino que designa lasmanifestaciones de las fuerzas fsicas de cohesin y adhesin, actuando dentrodel suelo a varios contenidos de humedad. Estas manifestaciones incluyen:a) El comportamiento con respecto a la gravedad, presin y tensin.b) La tendencia de la masa del suelo de adhesin a cuerpos extraos osustancias.c) Las sensaciones que son evidenciadas y sentidas por los dedos del

observador.


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Esta definicin implica que el concepto de consistencia del suelo incluyealgunas propiedades del suelo, como resistencia a la compresin, friabilidad,plasticidad, viscosidad.Al observador de campo estas propiedades son expresadas a travs de lossentidos. Observaciones de campo e investigaciones experimentales indican

que la consistencia del suelo vara con textura, materia orgnica, el total demateria coloidal, estructura (en cierto grado) y contenido de humedad. Attebergdescribi los cambios en consistencia de una masa de suelo.

Consistencia en func in de la humedadEs bien conocido el hecho de que los suelos muestran comportamientosdistintos contenidos de humedad. Atterberg (1911) fue uno de los primeros endarle importancia a esta propiedad de los suelos; describe los cambios deconsistencia con la humedad del siguiente modo:Cuando mezclamos polvo de arcilla con mucha agua, obtenemos una pastaarcillosa fluida. Con menos agua la pasta fluye pero es ms densa. Evaporandoel agua, la arcilla pasa gradualmente a una masa pegajosa (se pega a losdedos, madera o metales). Luego desaparece la pegajosidad, y la arcilla puedeser fcilmente moldeada sin pegarse a los dedos, este es el denominadoestado plstico. Con un desecamiento an mayor, la masa de suelo puededesmenuzarse, y los pedazos pueden ser unidos nuevamente bajo presinconsiderable (friable). Finalmente se pierde incluso esta condicin (masa dura yrgida).

De acuerdo con esto se pueden esperar que se presenten cuatro formasesenciales de consistencia en los suelos (se excluye el estado viscoso).a) Consistencia pegajosa, que se manifiesta por adherencia y pegajosidad a

otros objetos.b) Consistencia plstica, manifestada por la elasticidad y capacidad de sermoldeada.c) Consistencia blanda o suave, caracterizada por la friabilidad.d) Consistencia dura o rgida.La relacin de estas formas de consistencia con el contenido de humedad delsuelo se muestra esquemticamente en figura 14.A bajo contenido de humedad el suelo es duro y muy coherente a causa delefecto de cementacin entre partculas secas. Si el suelo es trabajado conestas condiciones se producen terrones. Cuando el contenido de humedadaumenta, son adsorbidas molculas de H2O, sobre la superficie, lo cualdecrece la coherencia e imparte friabilidad a la masa del suelo.


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Esta zona de consistencia friable representa el rango ptimo de humedad delsuelo, para el laboreo. Cuando el contenido de humedad aumenta, la cohesinde los films de agua alrededor de las partculas hace que el suelo permanezcaunido y el suelo se vuelve plstico.

FriabilidadCaracteriza la facilidad de desmenuzarse del suelo. El rango de humedad enlos cuales los suelos estn friables, es tambin el rango de humedad en la cualla condicin es ptima para la labranza. Los suelos estn aptos para el laboreocuando estn friables y mullidos: los grnulos individuales estn blandos, lacohesin es mnima.

Hay suficiente humedad entre las partculas individuales como para minimizarel efecto de cementacin que es el dominante en la zona de consistenciargida. Por otro lado, no hay suficiente agua presente para causar la formacinde distintos films (pelculas) alrededor de los contractos de partculas paraproducir la cohesin que existe en el rango plstico. Los agregados estnunidos, al menos en parte, por la orientacin de molculas de agua entrepartculas individuales. La naturaleza bipolar del agua hace posible dichaadsorcin orientada.PlasticidadHa sido demostrado que los suelos (excepto los no plsticos, como las arenas)se vuelven ms plsticos cuando aumenta el contenido de humedad. Ellos son

resistentes y exhiben considerable cohesin, pudiendo ser moldeados.Mellor define la plasticidad como la propiedad que habilita a las arcillas paracambiar de forma cuando estn sujetas a una fuerza deformante superior a lasfuerzas cohesivas y mantener esa forma cuando la fuerza deja de ser aplicada.La forma permanece despus que el agua es removida. Las arenas pueden sermoldeadas cuando estn mojadas pero el moldeado no perdura cuando sesecan: por lo tanto las arenas no son plsticas.Anlisi s f sico de la plast ic idadLa plasticidad es el efecto resultante de una presin y una deformacin. Lamagnitud de la deformacin que puede soportar un suelo con un determinadocontenido de humedad est dado por la distancia que las partculas puedenmoverse sin perder su cohesin. La presin que se requiere para producir unadeformacin especfica es un ndice de la magnitud de las fuerzas de cohesin


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que mantienen las partculas juntas. Estas fuerzas varan con el espesor de losfilms de agua entre partculas. Puesto que la deformacin total que puedeser producida vara con el tamao y forma de las partculas, es evidente que lasuperficie total presente determina el nmero de films de agua contribuyentes ala cohesin.

De este modo, la plasticidad es la propiedad que expresa la magnitud de lasfuerzas de los films de agua dentro del suelo ya que stos a su vez, permitenque el suelo sea moldeado sin romperse hasta un determinado punto.Cohesin y adhesinEs necesario distinguir entre ambas en un anlisis de las causas de laplasticidad:Adhesin: Se refiere a la atraccin de la fase lquida sobre la superficie de lafase slida. Las molculas de agua por tanto, pueden adherirse tanto a lasuperficie de las partculas de suelo, como a los objetos que se ponen encontacto con el suelo.Cohesin: En suelos mojados es la atraccin que existe entre las molculas de

la fase lquida que estn como puentes o films entre partculas adyacentes.Coherencia: Se refiere a la cohesin entre las partculas slidas. Las fuerzas dela cohesin y coherencia explican la unin de las partculas entre s en losdistintos estados de consistencia.Films de agua y cohesinHaines ha desarrollado un concepto terico de cohesin en un suelo idealsobre la base de las fuerzas de tensin superficial que surgen de las pelculasde agua entre las partculas.El suelo ideal es considerado como formado por esferas uniformes que estnarregladas en uno u otro tipo de empaquetamiento (abierto o cerrado). En elabierto hay 6 puntos de contacto y en el cerrado hay 12 puntos de contacto porpartcula (Fig. 15). A bajos contenidos de humedad la mayora de las pelculasde agua se encuentran como anillos alrededor de los puntos de contacto. Cadauna de estas pelculastiende a unir las partculas. La fuerza cohesiva total es equivalente a la sumade todas las fuerzas individuales ejercidas por cada pelcula en cada punto decontactoAnalizando los trabajos de Haines, Fisher ha demostrado que la fuerza total deunin ejercida por cualquier pelcula de agua es igual a la presin ejercida porla interfase agua-aire. La fuerza total la determina la siguiente frmula:

a = radio de las partculasT = tensin superficial (fuerza con la cual las molculas del lquido se atraen entre s, ocupandola menor superficie)0 = ngulo del menisco de agua


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4. La densidad:

se refiere al peso por volumen del suelo, y est en relacin a laporosidad. Un suelo muy poroso ser menos denso; un suelo pocoporoso ser ms denso. A mayor contenido de materia orgnica, msporoso y menos denso ser el suelo.

5. La aireacin:

se refiere al contenido de aire del suelo y es importante para elabastecimiento de oxgeno, nitrgeno y dixido de carbono en el suelo.La aireacin es crtica en los suelos anegados. Se mejora con lalabranza, la rotacin de cultivos, el drenaje, y la incorporacin de materiaorgnica.

Factores que afectan la composic in del aire del suelo

Propiedades del sueloLos principales efectos de las propiedades del suelo estn asociados con

aquellos factores que mejoran la capacidad para el aire y la permeabilidad de


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los suelos. Estas son: textura, estructura, cantidad de agua y contenido demateria orgnica.Boynton y Reuther (1938, Baver, 1956) estudiaron el efecto de la humedad y laprofundidad sobre la composicin del aire del suelo en O2 y CO2. Losresultados obtenidos indican que cualquiera sea la estacin del ao, el

porcentaje de CO2 aumenta con la profundidad. Lo inverso sucede con el O2 .Es interesante ver las variaciones del O2 por debajo de los primeros 30 cm delsuelo en relacin a la humedad. Durante los meses de invierno el contenido deO2 vara de 0.15 a 0.25%. Cuando el suelo se seca el O2 de las capasinferiores aumenta rpidamente.Los resultados de varios investigadores indican amplias variaciones en loscontenidos de O2 y CO2 en diversos suelos. Cabe remarcar sin embargo, quecualquier caracterstica de los suelos que sea responsable de una grancapacidad para el aire, tal como una textura gruesa o una estructura granularestable, favorecer un contenido mayor de O2 y menor de CO2 del aire delsuelo. Esta relacin est asociada con la facilidad de renovacin del aire.

Efecto de los cu ltivos y del laboreoLa presencia de plantas tiende a reducir el contenido de O2 del aire del suelo ya aumentar la cantidad de CO2. Moller (1879, Baver, 1956) demostr que elaire del un suelo cultivado contena alrededor de 10 veces ms CO2 que unatierra en barbecho. El cuadro 10 ilustra este aspecto, as como la adicin deabono.Russell y Appleyard el mayor CO2 a un intercambio desfavorable ms que larespiracin de las plantas.Cualquier tratamiento del suelo que aumente el espacio areo tal como laboresde arada, de subsolacin, supuesto que el aumento persista durante un ciertoperodo de tiempo, reduce el contenido de CO2 y aumenta el de O2.Contrariamente, cualquier operacin que reduzca el espacio poroso tal comolos pases de rodillo, aumenta el contenido de CO2 y por ello disminuye amenudo de pH del suelo.

Cuadro 10.- Efecto del cul tivo y abono en el contenido de CO2 del

aire del suelo (Russell y Appleyard, 1915, por Baver, 1956).

Las praderas artificiales de duracin muy larga pueden tambin estimular eincrementar la poblacin de lombrices minadoras cuyos tneles contribuyen a


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la aereacin del subsuelo. Sin embargo esas especies no estn en cantidadesimportantes en tierras de praderas.

Materia orgnica y actividad b iolgicaLos suelos turbosos contienen generalmente ms CO2 que los suelos

minerales. Los datos del cuadro 10 muestran que el agregado de abonoaumenta la cantidad de CO2 en el aire del suelo. La descomposicinmicrobiolgica es un factor importante en la produccin de CO2. Es evidenteque las grandes diferencias en la concentracin de CO2 del aire del sueloocurren como resultado de variaciones en la actividad microbiolgica. Unejemplo de la importancia de la misma se vio en el cuadro 1.

Variaciones estacionalesLos datos del cuadro 10 muestran que existen variaciones estacionales en lacomposicin del aire del suelo. Esas variaciones son debidas a los cambios detemperatura y humedad.

Las investigaciones de Boynton y Reuther muestran que el contenido de CO2en las capas superficiales es menor en los meses ms fros y mayor en los msclidos. La baja actividad bacteriana del invierno es responsable de la bajaproduccin de CO2.Los bajos porcentajes de O2 de las capas subsuperficiales estn asociadoscon altos porcentajes de humedad resultado de pocas prdidas en forma devapor durante el invierno y primeros meses de primavera. El contenido de O2en el subsuelo no aumenta materialmente hasta que el suelo se seca duranteel verano.Russell y Appleyard estudiaron en detalle las causas de esas fluctuaciones enInglaterra y llegaron a la conclusin de que esas variaciones eran debidasprincipalmente a las fluctuaciones en la velocidad de cambios bioqumicos. Elmximo porcentaje de CO2 se observ al final de la primavera y otoo y elmnimo se encontr en verano e invierno.

Intercambio gaseoso y factores que lo afectanLa mayora de los datos obtenidos han demostrado que las cantidades de O2 yCO2 de las capas superiores de los suelos no varan mucho. La renovacin delaire del suelo se da por difusin y por cambio en las condicionesmeteorolgicas; temperatura, presin, viento, lluvia, etc. La influencia de losfactores meteorolgicos es intermitente.

Efecto de la temperatura del sueloLa temperatura puede afectar de dos maneras: a) existen diferencias detemperatura entre las distintas capas de los suelos. Es probable que lacontraccin y expansin del aire en los poros, as como la tendencia del airecaliente a moverse hacia arriba puede causar intercambio gaseoso entre loshorizontes y tambin con la atmsfera; b) el suelo y la atmsfera tienengeneralmente temperaturas diferentes. Esto permite un intercambio gaseosoentre la atmsfera y el aire de las capas superficiales del suelo.A pesar de estos las diferencias en temperatura no tiene primordial importanciaen el intercambio gaseoso.


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Efecto de la presinDe acuerdo con la ley de Boyle, cualquier aumento en la presin de laatmsfera causara una disminucin en el volumen del aire del suelo. Estopermitira que una cantidad equivalente de aire atmosfrico penetrara en losporos del suelo. Por otro lado, cualquier disminucin en la presin producira

una expansin del aire del suelo y provocara su salida. Todos estos efectosdependen de la magnitud de los cambios en la presin. Sin embargo, lasfluctuaciones en la presin atmosfrica tienen poca influencia en la aereacindel suelo.

Accin del vientoSe piensa que los efectos de presin y succin que producen los vientosfuertes ejercen cierta influencia en la renovacin del aire del suelo. Se hacalculado que la accin del viento no es responsable ms que de una pequeaproporcin del intercambio gaseoso.

Efecto de la lluviaLa infiltracin del agua de lluvia en el suelo puede causar la renovacin del airede dos maneras diferentes: 1) por el desplazamiento del aire de los poros poragua, la cual luego es nuevamente desplazada por aire; y 2) por el transportede O2 disuelto en el agua.Si el agua desplaza una elevada proporcin del aire de los poros puede darseintercambio gaseoso completo. Sin embargo, en varias instancias quedaatrapado una considerable cantidad de aire, que no es forzado a salir por elagua que infiltra. La renovacin del aire del suelo por el agua de lluvia esperidica, dependiendo de la distribucin de las lluvias.

Efecto de la difusinBuckingham (1904, citado por Baver 1956), fue un de los primerosinvestigadores que aplic la teora cintica de la difusin de los gases a laaereacin del suelo. Dado que, segn esa teora, las molculas de los gasesestn en movimiento en todas direcciones, dos gases se mezclan cuando lasmolculas de cada gas se mueven en el espacio ocupado por el otro. Esteproceso es llamado difusin .Considerando que el aire del suelo tiende a contener ms CO2 y menos O2que la atmsfera, el proceso de difusin en los suelos consiste en elmovimiento del CO2 hacia la atmsfera y del O2 desde la atmsfera al suelo.

Hay una tendencia del aire del suelo a aproximarse a la composicin de laatmsfera.Buckingham aplic el trmino constante de difusin para designar la velocidaddel flujo de los gases a travs del espacio poroso como resultado de losmovimientos cinticos. Esta constante fue definida como los cm3 promedio decada uno de los gases que pasara en direccin opuesta a travs de una capade suelo de un cm. de espesor, por segundo y por cm2 de seccin transversal,cuando la presin parcial de cada gas fuera 1 mm de Hg menor de un lado quede otro de la capa. Cada gas difunde a travs de la capa de suelo hacia el ladoen que su presin parcial es 1 mm de Hg menor.Buckingham estudi la difusin del aire y CO2 a travs de capas de varios

suelos a diferentes contenidos de humedad. Tambin midi la trasmisin delaire y CO2 a travs de las mismas capas bajo pequeas presiones. Se


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determin el espacio poroso libre de agua. Se encontr una correlacin positivaentre el espacio libre (el espacio poroso total no ocupado por agua) y laconstante de difusin. El agregado de agua al suelo causa grandes descensosen la velocidad de difusin.Hannen (1892, citado por Baver 1956) mostr que el rea transversal total del

espacio poroso es el principal factor que afecta la difusin del CO2. En base aestos datos Buckingham expres la relacin entre la velocidad de difusin y elespacio poroso libre por medio de la siguiente ecuacin:

D = k . S2en donde:D = es la constante de difusinS = espacio poroso l ibre de aguak = constante de proporc ionalidad o coeficiente de difusin, cuyo valor es2.16 x 10-4

El valor del coeficiente de difusin vara directamente con el cuadrado de latemperatura absoluta e inversamente con la presin total. Esta expresin indicaque la velocidad de difusin se reduce a 1/4 cuando el espacio poroso sereduce a la mitad.Aparentemente el nico factor que controla la velocidad de difusin es elespacio poroso, ya que la textura, estructura y contenido de humedad del suelono afecta materialmente la difusin, salvo por afectar el espacio poroso.Para un espacio poroso dado, el volumen de CO2 que difunde del aire delsuelo hacia la atmsfera es proporcional al gradiente de concentracin de CO2;sin embargo, la velocidad de difusin no est afectada por el gradiente deconcentracin del CO2.Factores del suelo que afectan la difusinEl proceso de difusin es un proceso continuo, mientras el espacio poroso nosea cero. Los cambios en el espacio poroso pueden ser causados porcompactacin o por saturacin de los poros con agua. La difusin se detieneprcticamente a un 80% de saturacin.Romell (1922, Baver 1956) mostr que en los suelos de texturas finas quetienen una alta capacidad de retener agua se restringe considerablemente elproceso de difusin en condiciones naturales. Sugiri que el coeficiente dedifusin puede descender a la mitad o un tercio del proceso libre.Se ha demostrado tambin que la presencia de una capa compactada en la

parte superficial del suelo restringe la velocidad del CO2 desde las zonasprofundas hacia la atmsfera. Taylor (1949) estudi el efecto de los diferentescontenidos de agua en la difusin. Investigando la difusin en suelos a distintastensiones de humedad, observ que la difusin es muy pequea a tensionesmenores de 20 cm de agua (0,02 at). Cuando las tensiones son mayores de 30cm de agua el efecto de la humedad en la difusin es pequeo. Esto se explicapor el hecho de que el agua est retenida a bajas tensiones en los porosmayores , y cuando estos poros (poros libres) se saturan con agua, se produceslo un pequeo cambio en la tensin, pero que corresponde a una reduccinmuy marcada en el espacio disponible para la difusin.Taylor tambin observ que la difusin disminuye con un aumento en la

densidad aparente del material. Sin embargo, el tipo de partculas tienen una


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influencia importante en la porosidad; en consecuencia la Densidad aparenteno es un muy buen ndice para estimar el movimiento del aire en el suelo.

Permeabilidad de los suelos para el aireDesde que los procesos de difusin explican aparentemente la mayor parte de

la aereacin de los suelos se podra esperar una estrecha relacin entre losfactores que afectan la velocidad de difusin y los que determinan lapermeabilidad para el aire. Varios investigadores han demostrado que lapermeabilidad disminuye con la profundidad del suelo y cuando aumenta elcontenido de agua. La permeabilidad aumenta con el nmero y tamao de losporos del suelo.

Nivel de aereacin en los suelosLa forma ms directa de investigar la aereacin de un suelo es determinar larespuesta de las plantas frente a una mejora en la aereacin. Esta se puedemejorar por un aumento en el volumen de poros con aire o por un aumento en

el volumen de poros con aire o por un aumento de la eficiencia de los porosexistentes. El volumen total de poros con aire puede ser aumentado en formaprctica por una mejora en la estructura del suelo o en el drenaje.La eficiencia de los poros se puede aumentar por dos caminos: a)determinando la mejora en el crecimiento vegetal mejorando la aereacinforzada mejora el crecimiento, la aereacin es presumiblemente inadecuada,siempre que el tratamiento no cambie las condiciones del suelo. Si no hay unamejora en el crecimiento se supone que la aereacin es adecuada; b)suplementando con O2 en forma de perxido. Melsted et al (1948, citado porBlack 1975) usaron esta tcnica, a la vez que la de flujo de aire forzado,suplementando con perxido de hidrgeno en el agua de irrigacin, conresultados similares a los obtenidos con la aereacin forzada. Los resultadosfiguran en el cuadro 11.Si el crecimiento mejora usando el aire forzado, se presume que es adecuadala cantidad de O2 y que el CO2 no est en exceso.

Cuadro 11.- Nivel de aereacin en el suelo


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Respuesta de las plantas a la aereacinLa respuesta de las plantas a las condiciones de aereacin de los suelos ya seha considerado a travs de las secciones precedentes. A continuacin seenfatiza las respuestas de las plantas.En la respiracin aerobia, los moles de CO2 desprendidas son

aproximadamente igual a los moles de O2 absorbidas. La evolucin del CO2excede el consumo de O2 en la respiracin parcialmente anaerobia y larespiracin anaerobia tiene lugar sin consumo de O2.Las races de las plantas parecen estar adaptadas a la respiracin aerobia, sinembargo una respiracin parcialmente anaerobia tiene lugar si hay deficienciade O2. La figura 24 muestra los resultados de medidas de respiracin de racesde cebollas a 15C y a 30 C, en presencia de distintas concentraciones de O2en la mezcla gaseosa usada para la aereacin. La velocidad de respiracin,indicada por el consumo de O2 y evolucin de CO2, decrece a bajasconcentraciones de O2.La respiracin a 15C fue aerobia excepto para la concentracin de O2 ms

baja, pero la respiracin a 30C fue parcialmente anaerobia para todas lasconcentraciones de O2. La concentracin de O2 requerida para producir lamxima velocidad de respiracin fue mayor a 30C que a 15C.Probablemente esto se debe a que el uso metablico del O2 aumenta msrpidamente con el aumento de temperatura dentro de este rango, que elsuministro de O2 a las races a travs de los films de agua.

Se puede esperar, por lo tanto, que los requerimientos de aereacin deplantas que crecen en el suelo aumentan con la temperatura.

6. La temperatura:

del suelo es importante porque determina la distribucin de las plantas einfluye en los procesos biticos y qumicos. Cada planta tiene sus


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requerimientos especiales. Encima de los 5 C es posible lagerminacin.

La radiacin solarSe examinar ahora de qu manera la cantidad de calor recibida por el suelopuede variar bajo la influencia de factores independientes de la disposicin o

de la naturaleza del suelo. El flujo de insolacin que ste recibe, cambia devalor segn el tiempo y segn el punto del globo.La cantidad de calor aportada al suelo vara primeramente con la duracin de lainsolacin; por consiguiente, con la estacin. Una parte del calor de los rayossolares, es absorbida por la atmsfera y esta absorcin es evidentemente tantoms grande cuando ms espesas son las capas atravesadas y, porconsiguiente, los rayos son ms oblicuos. La oblicuidad de los rayos vara, paraun mismo punto, con la hora del da y con las estaciones, y, en la superficie delglobo con la latitud del punto considerado.; cuanto mayor es la proximidad alecuador, ms verticales son los rayos durante un mayor nmero de horas en elda. (La ley de BOUGUER dice que las cantidades de calor transmitido

disminuyen en progresin geomtrica cuando la masa atmosfrica atravesadacrece en progresin aritmtica).Por otra parte, la atmsfera absorbe, mientras es atravesada por los rayossolares, tanto ms calor, cuanto ms anhdrido carbnico y vapor de aguacontenga. El tenor del aire en anhdrido carbnico, es sensiblemente invariablesalvo en el caso de erupcin volcnica o de muy grandes incendios depoblaciones vegetales por lo tanto, es de la humedad de la atmsfera quedepende la absorcin de las caloras aportadas por lo rayos solares y, siendoiguales las dems condiciones, la cantidad de calor transmitido es mayor en losdas soleados del invierno porque el aire es ms seco. se llama coeficiente detransparencia o transmisin, a la relacin entre el calor transmitido, y el calor

recibido; es un trmino medio, igual a 0,5 y son las capas ms prximas al


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suelo las que tienen el coeficiente de transparencia ms bajo y retienen mscalor (figura 25).La cantidad de calor solar recibida por el suelo se expresa en caloras porcentmetro cuadrado; para Pars es de una media de 270 caloras por da, conun mximo de 486 en verano (influencia de la duracin del da) y un mnimo de

68 en invierno).

Recepcin de la radiacin solar por el sueloLa radiacin solar aporta al suelo una cierta cantidad de calor que depende delas condiciones atmosfricas, del perodo del ao, de la hora del da, y de lalatitud del lugar. El suelo recibe esta radiacin, se calienta, refleja una ciertaparte y transmite otra parte a las capas profundas. La relacin que se estableceentre esas diversas fracciones depende, para un suelo dado, de factoresespecficos que veremos a continuacin.

Inclinacin del suelo

La regla de la oblicuidad de los rayos solares, que se ha invocado a propsitode la absorcin de caloras por la atmsfera, se encuentra aqu bajo una formaun poco diferente (figura 26).Se han esquematizado cinco situaciones topogrficas diferentes, de un terrenopero de la misma superficie. En (1) un terreno plano, en (2) una laderaexpuesta al sur (Europa) y que recibe perpendicularmente la radiacin, en (3) y(4) dos laderas de exposicin norte, progresivamente ms acentuada, en (5) denuevo un terreno plano. La cantidad de calor recibido es proporcional al anchodelflujo solar que, en el esquema, est dado respectivamente por a, b, c, d. Paralos terrenos (1), (2) y (3) esta cantidad es tanto ms dbil cuanto ms agudo esel ngulo (en realidad es proporcional al seno de a). En las condiciones delesquema, es nula para el terreno (4) y el (5) que debera recibir la mismaradiacin que (1), (es decir a) no recibe ms que d porque est situado a lasombra de (4).La cantidad de calor que llega al suelo es mxima cuando la superficie esperpendicular a la radiacin; el suelo recibe as el mximo de radiacin. En lasotras inclinaciones, la cantidad de calor recibida en tanto ms dbil cuanto msagudo sea el ngulo entre la radiacin y la superficie del suelo (ver fig. 22).Este ngulo traduce, de hecho, la oblicuidad de la radiacin con respecto alsuelo.


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7. El color:del suelo depende de sus componentes y puede usarse como unamedida indirecta de ciertas propiedades. El color vara con el contenidode humedad. El color rojo indica contenido de xidos de fierro ymanganeso; el amarillo indica xidos de fierro hidratado; el blanco y elgris indican presencia de cuarzo, yeso y caoln; y el negro y marrnindican materia orgnica. Cuanto ms negro es un suelo, ms productivoser, por los beneficios de la materia orgnica.


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Examen y apreciacin del color en el campoSe comprender fcilmente que el color de un suelo es un ndice valioso parael estudio de los fenmenos de pedognesis; tiene un valor indicador cierto queseria irracional no tener en cuenta; se sabe, a este propsito, que el hierro se

comporta a menudo como un verdadero indicador coloreado, cuyasmanifestaciones son reveladoras de los mecanismos internos de lapedognesis. A veces la coloracin del suelo est en relacin con el tipogentico:* Los suelos de las regiones ridas son pobres en humus y coloracionesgeneralmente claras, grises o beiges.* Los suelos tropicales son a menudo rubificados.* Los suelos sialticos de las regiones templadas son frecuentementebrunificados por el proceso que les ha valido el nombre de suelos pardos.* Los suelos hidromrficos y los suelos gley son veteados o marmorizados y amenudo oscuros.* Los suelos humferos son negros o pardo oscuros.Ms frecuentemente, la coloracin est en relacin con un procesosubordinado de pedognesis y puede, en este caso tomar el valor de un criteriosecundario de clasificacin utilizable en el cuadro de la regin. De todosmodos, la coloracin del suelo revela la intervencin de procesos o factoresque el pedlogo debe tratar de identificar.Los pedlogos estn actualmente de acuerdo, para indicar el color, en emplearel Cdigo Internacional MUNSELL. Este cdigo se presenta bajo la forma de unlibro cuyas hojas tienen los colores identificados para un sistema de letras y decifras que dispensa de usar los nombres de colores intraducibles de un idioma

a otro. Los colores MUNSELL son obtenido por la combinacin de tresvariables llamadas: hue, value y chroma.


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El hue es el color espectral dominante, en relacin por consiguiente con lalongitud de onda de la luz. As 10R (R= red = rojo) representa una dominanteespectral roja, de intensidad convencional 10 segn la escala del cdigo. Elhue 2.5Y (Y = yellow = amarillo) admite una dominante - amarilla deintensidad convencional 2.5. El hue 7.5 YR (YR = yellow red = amarillo =

rojo, naranja) se caracteriza por un dominante naranja cuya intensidad, ascomo las proporciones de amarillo y de rojo estn definidas por lasconvenciones de la escala MUNSELL. Este componente fundamental, elhue, vara en tonalidad siguiendo un sistema de coordenadas.El value representa la ordenada de la variacin de los tintes; expresa losgrados de color, cuando pasa del oscuro (value ms bajo = 2 ) al claro(value ms elevado = 8); corresponde en consecuencia a un componentegris ms o menos fuerte.El chroma constituye la absisa; determina la escala de los tintes cuando elcomponente gris se esfuma a favor de una pureza, por lo tanto de una mayorfuerza del color espectral (de 0 a 8).

La combinacin value y chroma se acota por una fraccin en la cual elvalue es el numerador. As, un suelo cifrado 5YR 6/4 presenta una coloracionbeige ligeramente rojiza que se puede analizar de este modo:Hue 5YR Tinte de base anaranjado, compuesto de tanto rojo como amarillo.Value 6 Comprende gris bastante claro.Chroma 4 Hace el pasaje del pardo al anaranjado o sea bastante neutro.El color del suelo vara sensiblemente segn la insidencia y la tonalidad de laluz solar y sobre todo con la humedad. Las variaciones de insolacin puedenmodificar, en el campo la apreciacin de los amarillos y los rojos. La humedadtiende siempre a oscurecer la intensidad del color y, para eliminar las

interpretaciones diferentes que se pueden introducir por esta variable, se da amenudo, en la descripcin de los horizontes, el color en hmedo y en seco.Actualmente se admite si no se formula ninguna precisin sobre la humedaddel suelo, que la indicacin del color se refiere al suelo hmedo.

Densidad aparente (Da)

Segn l. reuchs et al (2004) Esla relacin que existe ente el peso seco (105c) de una

muestra de selo, y el volumen que esa muestra ocupaba en el suelo.

El mejor modo de determinar la densidad aparente es tomar un volumen fijo del suelo

sin perturbar y pesarlo una vez seco, por calentamiento a 105 C hasta peso

constante.

Densidad real (Dr)


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Segn l. reuchs et al (2004) es el promedio ponderado de las densidades de las

partculas solidas del suelo. En la muestra que se hizo referencia para definir D.a., la

densidad real seria

se designa de esta forma la a la densidad de la fase solida. En un valor muy

permanentepues la mayor parte de los minerales arcillosos presentan una densidad

que esta alrededor de 2.65 gramos por centmetro cubico. Muy semejante es la de los

minerales ms abundantes en las arenas, como cuarzo, feldespato, etc. los carbonatos

presentan una densidad algo menor as como la materia orgnica, como pude llegar al

valores de 0.1; se designa de esta forma la densidad de la fase solida.

Porosidad (Po)

La porosidad se expresa como, el porcentaje del volumen denos suelos no ocupadospor los slidos supngase en 10 cm no ocupados por los slidos la porosidadtotal de este suelo ser 45% (L. rucks et al, 2004)

Segnlossiguienteseobtienelasescalassiguientes

Formas de expresin y determinacinLa porosidad, se expresa como el porcentaje del volumen del suelo ocupadopor poros. O lo que es lo mismo, el porcentaje del volumen del suelo noocupado por slidos. Supngase que en 10 cm3 de suelo existen 4,5 cm3 noocupados por slidos. La porosidad total de este suelo ser 45 por ciento.La porosidad total se determina directamente, en muestras de sueloimperturbadas, es decir tal como estn en el campo, sin ninguna deformacin

que altere la ubicacin de las partculas slidas, y por lo tanto los espacios quedejan entre ellas. El procedimiento es el siguiente:


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a) Determinar exactamente el volumen de las muestras. Esto se lograutilizando aparatos muestreadores que toman un volumen de sueloimperturbado conocido, estando el suelo en un contenido de humedad en elque las arcillas estn completamente expandidas. En general se empleananillos o cilindros con filo en su parte inferior. La obtencin de muestras es

relativamente fcil cuando en el suelo no hay races ni piedras.b) Se saturan las muestras totalmente de agua, es decir se llenacompletamente el espacio poroso con agua. Si no se hubieran tomado lasmuestras con los coloides totalmente expandidos, al saturarlas se podraproducir expansin y por lo tanto cambio de volumen. De esta manera, si setoma como volumen de las muestras el que toma el aparato muestreador, secometera un error.c) Se determina el peso de la muestra saturada de agua.d) Se seca la muestra en estufa a 105 C y se determina su peso seco.e) Por diferencia entre el peso saturado y el peso seco, se conoce la cantidadde agua que ocupaba el espacio poroso de la muestra. Esta cantidad est

expresada en unidades de peso, y suponiendo que la densidad del aguapermanece incambiada igual a uno, un gramo de agua es igual a un cm3 deagua. Por lo tanto la diferencia entre los pesos saturado y seco de las muestrases igual a los cm3 de porosidad total que poseen.f) Se expresa el volumen de porosidad total como porcentaje del volumen delas muestras imperturbadas, y de esta manera, se obtienen los porcentajes delos volmenes de las muestras ocupados por poros.

Humedad:El suelo desde el punto de vista hidrulico es un depsito o almacn de aguacuya capacidad para retenerla y contenerla depende sus propiedades fsicas:textura, estructura porosidad de suelo (UNAM instituto de geologa, 2005)Segn H. Arias (2010) la cantidad de agua (unidad que tiene una muestra desuelo, se puede expresar en la forma siguiente:


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Laminas de agua:Segn H. Arias (2010) el contenido de humedad expresado en laminas de agua(La) se determina con la siguiente formula.

CARACTERISTICAS FISICAS DE LOS SUELOS

Peso especfico de un suelo:

Se distinguen para un suelo in situ varios pesos especficos diferentes. Sonmedidas en muestras tomadas con procedimientos mecnicos y extrados a lasuperficie provocando una prdida de agua intersticial reduciendo as el pesodela muestra lo que puede dar una idea falsa de la capacidad real delosterrenos.

Peso especfico ()Peso especfico del suelo in sito no sumergido o tambin el peso especficodel suelo que no ocupa el suelo unitario. Contiene el agua comprendida naturalmente entre sus partculas slidas.

Peso especfico seco (d)Esel peso que subsiste de la muestras tras la prdida de toda su aguaintersticial pero no del agua que entra en la composicin qumica de laspartculas.

Peso especfico saturado (sat)Esel peso de la muestra que ocupa el volumen unitario, despus de susaturacin con agua

Peso especficos sumergidos ()Es el peso especfico del suelo sumergido en agua sometido al empuje de

Arqumedes. Este peso especfico aparente no es determinado por un mediodirecto para ello se utiliza indistintamente el peso especfico sumergido.


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= satw

Materiales constituyentes:

Los suelos in situ comprenden partculas de materia solida entre los que hayhuecos. Las partculas pueden tocarse unas a otras por pequeas superficies omediante capas finas liquidas adsorbidos. El aspecto fsico de esta constitucinpuede representarse por diferentes caractersticas.

1. Peso especfico delos materiales constituyentes

a) Peso especfico del material

Esel peso especfico del material que constituyen las partculas slidas (s del

ingls: solid particles) este peso se aproxima generalmente a 2.70 t/m ennuestro sistema de unidades.

b) Peso especfico del aguaEl peso especfico del agua incluida en la mescla, cuando esnecesario aclararlo: se sustituye en general por 1 en nuestro sistemade unidades (toneladas y metros) (w del ingls wter).

2. Porosidad e ndice de huecosSe designa por nla porosidad, es decir, la parte del volumen unitario de

un suelo que no est ocupada por las partculas de materia slida.Designada por las fracciones del espacio libre que ocupenrespectivamente el aire y el agua ( es tambin llamado grado desaturacin, escrita s).Se designa por el ndice de huecos, es decir, la relacin del volumen queocupa los huecos con el volumen que ocupa las partculas de materiaslida.Se designa por Vel volumen total. El volumen de las partculasslidas, el volumen delos huecos, que se divide en volumende aire y volumen de agua.

Estas caractersticas estn unidas por las relaciones:

Es posible encontrar una relacin de estas distintas caractersticas, y surelacin con los pesos especficos.


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3. Contenido de agua WSe designa porW el contenido de agua, es decir, la relacin entre elpeso de agua comprendida naturalmente entre las partculas slidas deuna muestra y el peso de los materiales secos. En esta relacin no seincluye el agua dela composicin de las partculas slidas.Hay que tener en cuenta que este valor puede ser superior a 1.

Relacin entre el peso especfico, la porosidad y elndice de huecosDe las definiciones anteriores se pueden sacar las relaciones siguientes:

1. Contenido de agua y grado de saturacin


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la clasificacin en la experiencia confirmada, es un poco diferente delaclasificacin anterior, siendo las lmites de los limos en lugar de

La clasificacin A.S.T.M., utilizada en los estados unidos, es la siguiente:

Los trminos como arcillas o limos utilizados en estas clasificaciones sirvensolamente para definir una clase granulomtrica, y no est directamenterelacionado con la naturaleza real delos suelos considerados.

Otras caractersticas fsicasLas caractersticas mencionadas ms arriba no representan sino una parte delas caractersticas fsicas de un suelo; algunas otras nociones se estudiancuando se traten de sus aplicaciones; ser el caso en particular:- De las caractersticas propias dela arcilla: consistencia lmites de

ATTERVERG, etc, que se definirn al hacer la clasificacin delos suelos.- Del coeficiente de permeabilidad, que caracteriza la resistencia de un

suelo a la filtracin natural del agua, que se definir al hacer el estudio deconjuntos de fenmenos hidrulicos en los suelos.Nos limitaremos de todas formas, a las nicas nociones esenciales quenecesita el ingeniero civil.


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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:

-Artculo cientficoPropiedades Fsicas del Suelo - Facultad de Agronoma

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-Artculo cientfico Propiedades fsicas del suelo - Per Ecolgicowww.peruecologico.com.pe/lib_c18_t03.htm

-Fundamentos de mecnica del suelo, proyecto de muros y cimentacionesDaniel Graux, Juan Jos Sanz Llano

books.google.com.pe/books?isbn=847146022X

- Mecnica de suelos Eulalio Jurez Badillo, Alfonso Rico Rodrguezbooks.google.com.pe/books?isbn=9681800699

-PROPEDADES FISICAS DELOS SUELOS: densidad aparente, humedad,porosidad y laminas de agua UNIVERCIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDESCARRION FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS E.F.P Agronoma-Oxapampa
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propiedades fisicas de los suelos trabajo

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