clase 3 - agua en el suelo

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RAUL ORTIZ [email protected]

30/04/2015

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Presentado por: Ing. Ral Ortiz

Curso de HidrogeologaClase 3

1. El Suelo.

2. Material Slido.

3. Zonas de Humedad.

4. Categoras de Agua.

5. Contenido de Humedad.

6. Clculos en Base a Porosidad y Contenidode Humedad en el Suelo.

7. Capilaridad.RAUL ORTIZ

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1. El Suelo


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SueloDefinicin y Perfil

El suelo es el resultado de todos los cambiosfsicos, qumicos y biolgicos sobre las rocasoriginales o inalteradas, a travs del tiempo.

Perfil del suelo simplificado:

Horizonte A (lavado o eluvial).-formado por la alteracin de la roca madre.Inicialmente tiene poca materia orgnicapero esta se incrementa con el tiempo. Elagua lava las sustancias de este horizonte.

Horizonte B (acumulacin o iluvial).-se forma bajo el horizonte A debido a laacumulacin de las sustancias arrastradaspor el agua desde el horizonte A.

A

B

C Generalmente, el horizonte A es ms

permeable que el B, pues en este seacumulan arcillas y coloides que cementanlos materiales ms gruesos.

B

A

C

A

B

D

CRAUL ORTIZ


SueloPerfil

Perfil del suelo



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SueloFases y Grados de Saturacin

En el suelo existen: slidos, lquidos (agua) y gases (aire y vapor deagua), adems de componentes biolgicos (flora y fauna a nivelmicrobiolgico y macrobiolgico).


2. Material Slido




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SuelosTextura

La textura del material slido se refiere al tipo y porcentaje de materialesconstitutivos del suelo segn el tamao de sus partculas.

Es la proporcin relativa en que se presentan los distintos materiales slidosque lo componen. Esta proporcin se expresa en % del peso de materialescomprendidos en un intervalo de tamaos, respecto al peso total de la muestraseca.

La textura de un suelo se determina en laboratorio, con anlisisgranulomtricos.

El parmetro dx es el dimetro tal que el x% de peso de la muestra tiene unaspartculas con dimetro inferior a l.

Dimetro eficaz = d10 Coeficiente de uniformidad = d60/d10

Si d60/d102 = suelo variable. RAUL ORTIZ


SuelosTextura

Las denominacionespropuestas para losmateriales slidos dedistintos tamaos quecomponen un suelo,no son universales.



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SuelosTextura

Representaciones grficas de anlisis granulomtricos

La representacin msutilizada es la de curvasgranulomtricasacumulativas.

Curva granulomtrica acumulativa

Curva granulomtrica distributivaDiagrama linealRAUL ORTIZ


SuelosTextura

Curva granulomtrica acumulativa de arena limosa, fina a media.

Curva granulomtrica acumulativa de arena fina.



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SuelosEstructura

La estructura se refiere a ladisposicin fsica in situ de losmateriales que lo constituyen.

La porosidad es consecuenciade la estructura del suelo.

La estructura no es unaconstante y cualquier accinfsica sobre el terreno, o elhecho de que permanezcasaturado de agua un ciertotiempo puede cambiarla.


3. Zonas de Humedad




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SueloZonas de Humedad

En un perfil del suelo, transcurrido cierto tiempo sin que se alteren las condicionesde aportacin de agua y estructura, el agua tiende a alcanzar un relativo equilibrio yqueda distribuida en una serie vertical de zonas de humedad.


SueloZonas de Humedad

Zona saturada (acufero).- limitada en su parte superior por la superficiefretica. El agua llena completamente todos los poros del suelo.

Zona de aireacin (zona vadosa o no saturada).- situada entre la superficiefretica y la superficie del terreno. Tiene 3 subzonas:

Subzona de evapotranspiracin.- comprendida entre la superficie del terrenoy los extremos radiculares de la vegetacin. Es la capa de suelo agrcola oedfica.

Subzona intermedia.- no est afectada por las races de las plantas. Unavez que ha desaparecido el agua gravfica contiene agua de retencin yagua capilar aislada.

Subzona de ascenso capilar.- transicin a la zona saturada propiamentedicha y alcanza una altura sobre la superficie fretica que depende de lasfuerzas capilares. RAUL ORTIZ



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4. Categoras de Agua



SuelosCategoras de Agua

El agua precipitada cuando llega al suelo, puede circularsuperficialmente, o puede infiltrarse. Al infiltrarse queda sometida avarias fuerzas, de cuya intensidad depende el mayor o menor gradode fijacin al material slido.

El agua en el suelo o subsuelo puede clasificarse en variascategoras o tipos.



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Categora 1: Agua de Retencin (agua retenida por fuerzas no capilares)

Parte del agua retenida por atraccin elctrica, debido el carcter dipolar de lamolcula de agua y de las superficies de los cristales slidos. Sus tipos son:

Agua higroscpica.- separable por calcinacin (en forma de vapor). Formaparcelas aisladas adsorbidas por las partculas slidas.

Agua pelicular.- se desprende por centrifugacin y forma una pelcula queenvuelve las partculas y el agua higroscpica.

Hidrolgicamente el agua de esta categora tiene poco inters, pues no sedesplaza por gravedad, ni se extrae de la zona saturada por bombeo.

Agronmicamente el agua de esta categora no es til, pues la fuerza de succinde las races es inferior a la de retencin del agua y la plantas no puedenextraerla del terreno. RAUL ORTIZ



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Categora 2: Agua Capilar (agua retenida por fuerzas capilares)

Las fuerzas capilares se deben a las siguientes causas :

Tensin superficial.- atraccin entre las molculas de agua debido alcontacto entre dos fluidos no miscibles (agua - aire).

Adherencia a los slidos.- el agua es retenida por los finos canalculos queexisten en el suelo llenos de aire.

Tipos:

Agua capilar aislada o suspendida.- Es el agua que queda retenida en elsuelo por fuerzas capilares. La aportacin de agua es temporal (lluvia oriego). Su distribucin es irregular. Es la nica forma de agua del suelo queaprovechan las plantas.

Agua capilar continua.- Es el agua capilar sobre la zona saturada. Laaportacin de agua es permanente (mientras haya agua en el acufero).



Categora 3: Agua Gravfica o Agua de Gravitacin (agua no retenida por elsuelo)

Constituye el agua subterrnea propiamente dicha. Est contenida en elsuelo, pero no retenida por l y circula libremente por efecto de los gradientespiezomtricos.

Parte del agua infiltrada que penetra y desciende a travs de los poros,sometida a la accin de la gravedad.

Cuando esta agua alcanza un fondo impermeable, o una zona ya saturada,satura la zona suprayacente.



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5. Contenido de Humedad



SuelosContenido de Humedad

Las medidas de contenido de humedad en un suelo, pueden expresarse enproporcin de peso de agua, respecto al peso total de la muestra seca, o enproporcin de volmenes ocupados en el terreno por el agua y los slidos.

El material slido que compone un suelo tiene una densidad real del orden de2,5. Pero el volumen que realmente ocupa en el terreno es mayor y surge elconcepto de densidad aparente.

Multiplicando las proporciones en peso por la densidad aparente, se obtienenproporciones en volumen. Los valores de la densidad aparente, oscilan segnel tipo de partculas del suelo entre 1,1 y 1,6.

La expresin muestra seca no es absoluta, pero en general se acepta como tal,una muestra sometida a desecacin en un horno, a temperatura de 105 C,aunque en estas condiciones an mantiene una pequea proporcin de agua deretencin.



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Grado de humedad: es el porcentaje de peso del agua contenida en lamuestra, antes de desecarla, respecto al peso de la muestra desecada a 105C.

Capacidad de campo (Cc): es el grado de humedad de una muestra que haperdido su agua gravfica. Representa el agua que, transcurrido un tiempo(generalmente unos 3 das), despus de un riego o de una lluvia, queda en elterreno, parte de la cual podr ser aprovechada por la vegetacin para susfunciones biolgicas.

Humedad equivalente: es el grado de humedad de una muestra que se hasometido a una presin centrfuga de 10 atmsferas durante 40 minutos. Es unvalor muy prximo a la capacidad de campo y sustituye su determinacin.

Grado de saturacin: Es el porcentaje de volumen de agua, respecto alvolumen de poros en una porcin de suelo.



Punto de marchitez permanente (Pmp): Grado de humedad de un suelo querodea la zona radicular de la vegetacin, tal que la fuerza de succin de las raceses menor que la de retencin del agua por el terreno y en consecuencia lasplantas no pueden extraerla. Para determinarla se somete la muestra a unapresin centrfuga de 15 atmsferas, hallando despus su grado de humedad. Esparte de la capacidad de campo.

Agua utilizable por las plantas (RAU): Es el agua capilar aislada que las plantaspueden extraer de la zona radicular del suelo. Es la diferencia entre la capacidadde campo y el punto de marchitez permanente.

Capacidad de retencin especfica: Es el porcentaje de volumen de agua quequeda en el suelo, despus de perder el agua gravfica, respecto al volumen totalde una porcin del suelo. Este concepto es anlogo al de capacidad de campo, elcual expresa la proporcin de agua en pesos. As la capacidad de campomultiplicada por la densidad aparente ser igual a la capacidad de retencinespecfica.



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Densidad Real (Dr): masa de las partculas por unidad de volumen de partculas(slidos). Frecuentemente se asigna un valor promedio de 2.65.

Dr = Ms/Vs

Densidad Aparente (Da): cociente entre la masa de suelo seco (Ms) y elvolumen de suelo (Vt). La densidad aparente es mayor en suelos compactadosdebido a la reduccin de Vt. Tiene un rango de valores de 1.1 a 1.6.

Da = Ms/Vt



Datos:

Densidad aparente = 1,4 Capacidad de campo = 22,7 % Punto de marchitez permanente = 11% Profundidad radicular media = 0.30 m

Pregunta

Hallar la altura de agua utilizable por lasplantas, en mm.

Solucin:

Volumen de la zona radicular

100 m x 100 m x 0.30 m = 3000 m3/ha

Agua utilizable por las plantas

22.7%-11% = 11,7%

Volumen utilizable

3000 m3/ha x (0,117 x 1,4) = 491.4 m3/ha= 49.14 mm.

Clculo de Reserva de Agua Utilizable por las Plantas (RAU)



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PARMETROS CARACTERSTICOS DEL CONTENIDO DE HUMEDAD EN EL SUELO

Reserva de agua utilizable por lasplantas (RAU)

Punto de marchitez permanente(PMP)



Umbrales de Humedad y Contenidos Volumtricos de Agua



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6. Clculos en Base a Porosidad y Contenido de

Humedad en el Suelo




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SuelosPorosidad y Contenido de Agua


SuelosPorosidad y Contenido de Agua



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7. Capilaridad



SuelosCapilaridad

Cuando las molculas de agua en lasuperficie fretica son sujeto de unaatraccin ascendente comoconsecuencia de los fenmenos detensin superficial y de la atraccin delas paredes del slido al agua y aireen sus proximidades.

Debido a las irregularidades en eltamao de las aperturas, el aguacapilar no se eleva hasta una alturauniforme sobre el nivel fretico,formando una franja irregular. Lafranja capilar es de mayor espesor ensuelos de grano fino que en los suelosde grano grueso debido a las mayorestensiones creadas por menoresaperturas en los poros.

Ascenso en un tubo capilar.



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SuelosCapilaridad

Un medio poroso puede suponerse formado por una serie de canalculos de seccinvariable; cada uno de ellos es capaz de actuar como un tubo capilar de forma muyirregular.

Ascenso en un medio poroso

= Donde:

hc = elevacin capilar media en un materialporoso.c = constante que vara entre 0,1 y 0,5 cm2.e = relacin de vacos.d10 = dimetro eficaz.


SuelosCapilaridad

Si un terreno se pone en contacto con agua, sta asciende. Cuando la permeabilidades menor, la velocidad de ascenso capilar tambin es menor. En terrenos porososmuy poco permeables (que son los que tienen mayor ascenso capilar) la alturamxima no se alcanza hasta el cabo de largo tiempo.

Velocidad de ascenso capilar

Donde:

t = tiempo necesario para alcanzar una altura h.hc = elevacin capilar media en un material poroso.m = porosidad.k = permeabilidad.

=



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