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Propiedades fisicas de las arcillas

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Propiedades fisicas de las arcillas

  1. 1. PROPIEDADES FÍSICAS ¿En qué influyen?•Dinámica del aire•Dinámica del agua•Crecimiento radicular Florencia Alliaume, 2007
  2. 2. Bibliografía• Propiedades Físicas de los suelos. Código 349• Manual para la descripción e interpretación del perfil del suelo. Código 165.http://www.fagro.edu.uy/dptos/suelos/Edafologia/index. html• Física de suelos (Baver…..1973)• El perfil cultural (Henin……1969)• Relaciones suelo planta. (Black…..1975)
  3. 3. — TEXTURA — ESTRUCTURA— POROSIDAD — DENSIDAD— AEREACION Y ATMOSFERA DEL SUELO— CONSISTENCIA — COLOR Implicancia para las plantas
  4. 4. TEXTURA• DEFINICION: Arena % EN PESO DE: Arcilla Limo• ORIGEN: TENDENCIA CONGÉNITA SEGÚN MATERIAL MADRE• ¿Será fácil de modificar con el manejo?
  5. 5. CLASIFICACION DE LAS PARTICULAS POR TAMAÑO: USDA SICS Fracción granulométrica Diámetro (mm) .• Arena muy gruesa 2.0 - 1.0• Arena gruesa 1.0 - 0.5 2.0 - 0.2• Arena media 0.5 - 0.25• Arena fina 0.25-0.10 0.20-0.02• Arena muy fina 0.10-0.05 .• Limo 0.05-0.002 0.02-0.002• Arcilla <0.002 <0.002 arena 1mm 500 0,002 mm arcillas
  6. 6. Relación entre el tamaño de las partículas y la superficie específica
  7. 7. DETERMINACIÓN DE LAS TEXTURAS:• CAMPO: TACTO (áspero, talcoso, suave, pegajoso)• LABORATORIO: - Tamizado - Ley de Stokes (V=k.r2) Tiempo 1 Tiempo 2 LIMO Y ARCILLA ARCILLA ARENA ARENA Y LIMO
  8. 8. CLASE TEXTURAL: CONJUNTO DE TEXTURAS CON SIMILARES PROPIEDADES• TRIANGULO TEXTURAL• FRANCO- CLASE TEXTURAL DONDE LAS PROPIEDADES QUE IMPRIMEN AL SUELO LAS DISTINTAS FRACCIONES ESTAN “EQUILIBRADAS”
  9. 9. Ejemplo:30% Ac, Po30% Ar y lla rc e rci40% L ea nt a arcilla ed je de taj en lim arcillo limoso rc arcillo o Po arenoso franco franco arcillo franco arcilloso limoso arcillo arenoso franco franco limoso arenoso franco franco arenoso arena limo Porcentaje de arena
  10. 10. PROPIEDADES ASOCIADAS A LAS FRACCIONES GRANULOMETRICAS DRENAJEBUENA AIREACION FACILIDAD DE LABOREO ARCILLAARENA LIMOSUPERFICIE ESPECIFICA PODER ADSORVENTE RETENCION DE IONES Y AGUA PLASTICIDAD, COHESION Y PEGAJOSIDAD
  11. 11. ESTRUCTURA• DEFINICION: ARREGLO de las PARTÍCULAS PRIMARIAS DEL SUELO (arena, arcilla y limo) FORMANDO AGREGADOS, PARTÍCULAS SECUNDARIAS, o UNIDADES ESTRUCTURALES.• GENESIS: DESARROLLO DE UNIONES ENTRE PART. MINERALES, M.O, COLOIDES DE Fe y Al
  12. 12. Factores que afectan la estructura:• CANTIDAD DE COLOIDES o cementantes• ESTADO DE COLOIDES: FLOCULADOS (potencial iónico de cationes del complejo)• ACTIVIDAD BIOLOGICA• VEGETACION (aporte MO, raíces, cubierta)• HUMEDECIMIENTO Y SECADO, expansión y contracción• MANEJO
  13. 13. CARACTERIZACIÓN MORFOLÓGICA DE LA ESTRUCTURA: - Tipo (forma) - Clase (tamaño) - Grado (resistencia a la destrucción)
  14. 14. CARACTERIZACIÓN según TIPO:GRANO SIMPLE MASIVO, SIN ESTRUCTURALAMINAR
  15. 15. PRISMATICACOLUMNAR
  16. 16. BLOQUES ANGULARESBLOQUES SUBANGULARES
  17. 17. BLOQUES ANGULARES GRANULAR
  18. 18. TIPO DE ESTRUCTURA:Grano simple // Masivo PEORES PROP. FÍSICAS EN GRAL.Laminar (excepto texturas arenosas).ColumnarPrismáticaBloques angularesBloques subangulares MEJORES PROP. FÍSICAS EN GRAL.Granular
  19. 19. TAMAÑO :en bloques
  20. 20. Fte. http://www.unex.es/edafo/CAEdProgTeor.html
  21. 21. ESTABILIDAD de los agregados• Definición - La habilidad de los agregados de resistir su ruptura.• Importancia - Resistencia a la Erosión - Mantenimiento del espacio entre agregados (Macroporos), que determinan la permeabilidad, la aireación y el crecimiento radicular.
  22. 22. Factores que Afectan la Estabilidad de los Agregados: Contenido de Materia Orgánicamás y más ploimerizada > estab. Contenido de Arcilla, (hasta 50%) Estado de dispersión de los coloides Ca2+ > Mg2+> Fe3+ >Al3+ > Na+ > humedad puede llevar a > inestabiliad Manejo del Suelo
  23. 23. Estructura floculada Las partículas se atraen Estrucutra disperasFte.:http://www.upct.es/~dcta/edafologia/DOCENCIA/asignaturas/DIAPOSITIVAS/ edafo%20tema6.pdf
  24. 24. 3.- MAL MANEJO DEL SUELO
  25. 25. Influencia de algunas prop. químicas en la estructura M.O Ac SB Ca Na Al Estructura pH % %. % % % % Grano simple 1,5 7 34 20 0,05 20 5,1 Laminar 5 9 97 25 25 6,5 Columnar 1 35 100 20 45 8,5 Bloques 5 25 70 35 1,6 5,6 Granular 7 45 90 75 0,81 7
  26. 26. Los agregados más grandes se componen de aglomeraciones de agregados más pequeños 3000µ o 3mm 300µ o 0,3mm 30µ o 0,03mm 3µ o 0,003mmMacroagregados Microagregados Part. primarias Submicroagregados Raíces Pelos radicale Ar, L, Ac Minerales con hyphae Hyphae MO-Ac residuos de plantas y polisacáridos microorg
  27. 27. Fte.:http://www.upct.es/~dcta/edafologia/DOCENCIA/asignaturas/DIAPOSITIVAS/ edafo%20tema6.pdf
  28. 28. CARACTERIZACIÓN CUANTITATIVA DE LA ESTRUCTURA:• Distribución por tamaño de los agregados.• Se correlaciona con la estabilidad.• Estimación: Directa (Distribución de agregados estables) - Tamizado en seco y en húmedo Indirecta : - Densidad aparente - Macroporosidad - Penetrabilidad
  29. 29. La estructura, ¿será más fácil/difícil de modificar que la textura?
  30. 30. DISTRIBUCION DE LA FASE SOLIDA Y POROSA EN UN SUELO IDEAL • El suelo es un sistema complejo en que interactúan 3 fases : sólida , líquida y 50% gaseosaEspacio 50%Poroso Sólidos • El espacio poroso 45% determina muchas Mineral prop. físicas y está muy relacionado con 5% Materia la textura y estructura Orgánica del suelo
  31. 31. POROSIDADDEFINICIÓN: ESPACIO DEL SUELO OCUPADOPOR AIRE O AGUA.DEPENDE DE: -Textura y estructura -Laboreo -Compactación -Plantas y animales
  32. 32. LA POROSIDAD SE EXPRESA COMO :PORCENTAJE en VOLUMEN DEL SUELO NO OCUPADO POR SÓLIDOS.
  33. 33. Ejemplo: Mala Buena estructuraEn 1 m3 0,70 m3 solidos 0,55 m3 solidosde suelo 0,30 m3 poros 0,45 m3 poros 30 % poros ?? % poros
  34. 34. Obtención de muestras imperturbadas
  35. 35. • La porosidad se puede determinar en muestras IMPERTURBADAS:PESO SATURADO - PESO SECO = PESO AGUAde agua densidad H2O = 1 ESPACIO POROSO VOLUMEN (cm3).
  36. 36. POROSIDAD TOTAL MACROPOROS MICROPOROS-Movimiento de agua libre - Retención de agua- Aireación, contra la gravedad- Crecimiento radicular,- Actividad de mesofauna.
  37. 37. Clasificación por tamaño de poros Clase tamaño (µ) CaracterísticasMacro Macrop. > 80 Entre agregados. Drenaje, aeración, raíces, hábitat- animales Mesop. 30 - Retienen H2O disponible, y la 80 trasmiten por capilaridad, alojan hongos y raicillasMicro Microp. 5– Dentro de agregados. Retienen H2O disponible, alojan bacterias. 30 Ultramicro 0,1-5 Retienen H2O NO disponible. p Excluyen la mayoría de microorg. Cryptop. < 0,1 Excluyen todos microorg. Moléculas grandes no entran
  38. 38. POROSIDAD PROMEDIO de suelos ?? DEPENDE DE:- % ARCILLA • POROSIDAD TOTAL. • % de microporos- % ARENA • POROSIDAD TOTAL. • % de macroporos- Bien estructurados % macroporos
  39. 39. Volúmen Masa Va Ma ~ 0 Aire VA MA AguaVt Mt Vs sólidos Ms
  40. 40. DENSIDAD REAL PROMEDIO PONDERADO DE LASDENSIDADES DE LAS PARTÍCULASSÓLIDAS DEL SUELO.D.r= peso seco (Ms) peso de sólidos vol.de sólidos (Vs) D.r = 1,33 = 2,66 g/cm3 1,33 g 0,5 1 cm3
  41. 41. DENSIDAD APARENTE MASA de SOLIDOS POR UNIDAD DEVOLUMEN TOTAL DE SUELO.D.ap= peso seco (Ms) vol. Total (Vt) = Vs+Va D.ap = 1,33 = 1,33 g/cm3 1,33 g 1 1 cm3
  42. 42. DETERMINACION DE LA DENSIDAD REAL:SE UTILIZA UN PICNOMETRO PARA DETERMINA ELVOLUMEN DE AGUA QUE DESPLAZAN LOSSOLIDOS AL SER SUMERGIDOS (Principio deArquimedes), Y SE TOMA EL PESO DE LOS MISMOS.DETERMINACION DE LA DENSIDAD APARENTE:- MUESTRAS IMPERTURBADAS- METODO A CAMPO
  43. 43. RELACION POROSIDAD-DENSIDADES:D.ap Ms/(Vs+Va) Ms x Vs Vs . VsD.r Ms / Vs (Vs+Va) Ms (Vs + Va) Vt D.ap x 100= Volumen de solidos por ciento D.r 1 - (D.ap/Dr).100 = Volumen poroso por ciento Porosidad Total
  44. 44. 1 - D.ap x 100 = P.T D.rDensidad aparente y Porosidad total son inversasIMPORTANCIA: - Exploración radicular - Movimiento del aire y del agua - Retención de agua
  45. 45. DENSIDAD REAL: -densidad media de los componentes de la fase sólida - constante en el tiempo DENSIDAD APARENTE: - densidad del suelo seco en su conjunto: SOLIDOS + POROS -varía en el tiempo, dependiente de la estructura POROSIDAD: -volumen (%) ocupado por poros- INCREMENTA LA INFILITRACIÓN Y DISMINUYE EL EL ESCURRIMIENTO- AUMENTA LA AIREACIÓN- SE FACILITA LA PENETRACIÓN DE LAS RAÍCES- AUMENTA LA CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA
  46. 46. Formas de expresar el contenido de humedad:% HV = porcentaje en volumen = mm de agua/10 cm de suelo% HP = porcentaje en peso = gr de agua/100 gr de suelo % HV = % HP . Da (densidad aparente)% HP = Ma x 100 = (Va) x (d del agua) x 100 Mt (Vt) x da
  47. 47. D.ap y D.r en diferentes suelos:Suelo arcilloso y con buena estructura: Au1 2,63 0,95 Au2 1 2,63 Au3 %mo 1,21 2,64 D realAu4-1 2,65 Dap 1,21Au4-2 2,65 1,28 0 2 4 6 8 10 12 % M.O
  48. 48. D.ap y D.r en diferentes suelos: Suelo franco limoso:Au1 1,36 2,56Au2 1,51 2,58 % moBt1 Dreal 1,38 2,65 DapBt2 1,41 2,67BC 1,43 2,67 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 % M.O
  49. 49. D.ap y D.r en diferentes suelos:Suelo franco arenoso:A 2,6 1,35 % mo D real D apB 2,6 1,33 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
  50. 50. Relación entre propiedades físicas arcilla B Hz. arcilla A D.Ap PT% Macro% Text---------------------------------------------------------------------------- A 1.42 0.98 62 21 FAc B 1.31 48 14 AcL---------------------------------------------------------------------------- A 2.5 1.38 47 15 FL B 1.41 46 9.2 AcL---------------------------------------------------------------------------- A 4 1.44 44 25 FAr B 1.48 42 5.8 AcAr Diferenciación textural García et al
  51. 51. % de HUMEDAD, % de M.O. y D.ap5-13cm D.ap = 1.53 - 0.038 (%MO)- 0.004 (%H) (66%)r220-28cm D.ap = 2.04 - 0.022 (%MO)- 0.021 (%H) (96%)r2 (Ponce de León y Kaplán 1981)INFLUENCIA de la M.O. en la D.r•D.r = 2.65 - 0.02 (%MO) De Leenheer 1967•D.r = 2.63 - 0.026 (%MO) Freiría et al.
  52. 52. Efecto del laboreo en la D.ap: A Corto plazo : P.T y los Macroporos. A Largo plazo: P.T y los Macroporos. D.ap y macroporosidad en Hz A luego de laboreos:No. de cultivos 1 2 3 4 5D.ap 1.06 1.11 1.13 1.18 1.19Macroporos 22.9 21.4 19.9 19.1 17.2 (García et al)
  53. 53. Variaciones en la porosidad según la Historia de cultivo en añosAños Macrop. Microp D.Apde M.O % P.T % % .% tt/m3cultivo 0 – 15 cm0 5,6 58,3 32,7 25,6 1,1150 2,9 50,2 16,0 34,2 1,33 15 -30 cm0 4,2 56,1 27,0 29,1 1,1650 2,8 50,7 14,7 36,0 1,31
  54. 54. Compactación proceso de reducción del volumen deporos Cuando el suelo se compactaaumenta su D.ap. El espacio perdido es Macroporosidad
  55. 55. COMPACTACIÓN:
  56. 56. CONSISTENCIAManifestación de fuerzas de:•ADHESIÓN, atracción de la fase líquida sobre lasuperficie de la fase sólida.•CHOESIÓN, atracción entre las moléculas de agua•COHERENCIA, cohesión entre partículas sólidas.que operan en el suelo a distintos % dehumedad (seco, húmedo, mojado).
  57. 57. FORMAS DE CONSISTENCIA:• PEGAJOSA - se manifiesta poradherencia y pegajosidad a otros objetos• PLASTICA - manifestada por laelasticidad y capacidad de ser moldeada• BLANDA O SUAVE - caracterizada por lafriabilidad• DURA O RÍGIDA
  58. 58. SECO HUMEDO MOJADO RESISTENTE DURO Y BLANDO VISCOSO RIGIDO FRIABLE PLASTICO PEGAJOSO PEGAJOSOTERRONES ENLODA- OPTIMO FLUIDO MIENTO CONTENIDO DE HUMEDAD
  59. 59. % del máximo de la fuerza ADHESIÓN100 CO 75 COHESIÓN HE RE N 50 CI A FRIABLE VISCOSA 25 DURA PLÁSTICA PEGAJOSA Contenido de agua Suelo Suelo seco saturado
  60. 60. PlasticidadEsta asociada a los films de agua querodean las superficies sólidas del suelo ydisminuyen la fricción.Teoría del film: orientación de coloideslaminares está en forma que sussuperficies planas están en contacto. > contacto PLASTICIDAD > films de agua PELICULAS DE AGUA
  61. 61. LIMITES DE ATTERBERG• LIMITE SUPERIOR DE PLASTICIDAD- Contenido de humedad al cual el suelo fluirá al aplicarle una fuerza. Pasa de plástico a viscoso• LIMITE INFERIOR DE PLASTICIDAD. Contenido de humedad al cual el suelo pasa de friable a plástico• NUMERO DE PLASTICIDAD. Diferencia entre LSP-LIP.
  62. 62. FACTORES QUE AFECTAN LOS LIMITES DE PLASTICIDAD-• Contenido de arcilla• Contenido de materia orgánica• Tipo de arcilla• Composición química de coloides%Arcilla %M.O. LIP LSP NP 56.5 8.7 45.8 63.9 18.1 28.3 8.7 40.0 44.9 4.9 29.4 5.0 30.0 35.9 5.9 (Ordoqui y Juñen, 1979)
  63. 63. • Significado práctico del número de plasticidad.• Riesgo de enlodamiento• Importancia de la Materia orgánica.• Límite entre duro y friable.
  64. 64. AEREACIÓN Renovación del aire del suelo Se produce por difusión a través de los poros libres de agua.Muy relacionada con la textura y estructura que determinan en gran medida la macroporosidad.
  65. 65. Intercambio de O2 , CO2 y vapor entre la atmósfera, suelo y raíces. La respiración (de microorganismos y raíces) es la principal causa de absorción de O2 y producción de CO2 Velocidad de difusión = k.S2K – Constante de difusión, depende de latemperatura y de la presiónS - Macroporosidad
  66. 66. Composición de la atmósfera del suelo:. % CO2 %O2Atmósfera 0.03 +/- 21 aprox.Aire del suelo 0.2 – 1 algo menor •A > profundidad, > diferencia
  67. 67. -O2 es consumido y el CO2 liberado por la actividadmicrobiana y las raíces-O2, CO2 y el vapor difunden hacia y desde el suelo-79% es N2 y 21% es O2 y CO2-Suelos bien aereados: 0,25% CO2 y 20,75% O2-- Suelos pobremente aereados: O2 puede ser 0%-O2 entre 10 y 15% inhiben el crecimiento de las plantas(Taylor y Ashcroft, 1972)-La tasa de respiración depende fundamentalmente de ladisponibilidad de O2 y C, de la temperatura y el contenidode agua-La movilidad de los gases dependen de la cantidad y de lapresión parcial de los mismos
  68. 68. COLOR• Origen - factores y procesos Materia Orgánica elementos Oxidos cromógenos Textura• Antigua clasificación de suelo• Asociación con el drenaje rojizos, grises, moteados
  69. 69. 10YR hue, color 8/ espectral Tabla dominanteMunsell: 7/ 6/ 10YR 6/4 5/ valueintensidad 4/ 3/ Chroma, 2/ /1 /2 /3 /4 /5 /6 pureza
  70. 70. CLIMA PEDOLÓGICO:• Régimen de Temperatura y Humedad• Rol en pedogénesis y en la vida del suelo y de los vegetales.• Radiación solar (penetra al suelo 33% de la total)• Color del suelo (absorción 80-30% / reflejo)• Calor específico (textura y porosidad)• Humedad del suelo (amortiguador/transmisión)• Cobertura (umbría)• Oscilaciones diarias (sup.) y estaciónales (prof.)
  71. 71. INFLUENCIA DE LASPROPIEDADES FISICAS EN EL COMPORTAMIENTO VEGETAL
  72. 72. Cantidad de raíces según textura 6 5g.raíz seca/kg suelo 4 3 2 1 0 300 500 1800 2700 N TEXTURA LIMOSA TEXTURA ARENOSA
  73. 73. Rendimiento de papa y macroporosidad 25 20re n d . to n / h a 15 10 5 0 10 20 30 4to trim. % de macroporos
  74. 74. Relación entre el tamaño de la papa y la textura % % de papas según Suelos macro- diámetro poros >4,5 cm 2-4,5 < 2cmText.media 13 34,5 58,8 6,6 arenoso 20 68,5 29,1 7,1
  75. 75. Propiedades a inferir relacionadas al desarrollo radicular - Profundidad efectiva - Profundidad de arraigamiento
  76. 76. Profundidad efectiva (PE): hasta donde pueden llegar lasraíces, limitada por: roca consolidada, roca fragmentadacon menos de un 15% de material fino y no más de 5% delimo más arcilla, napa de agua permanente, estrato degravas conteniendo menos de 15% de material fino y nomás de 5% de arcilla más limo.Las pautas de profundidad efectiva son:Muy profundo .................... mayor de 150 cmProfundo .............................. 150 – 100Mod. Profundo .................... 100 – 50Superficial ........................... 50 – 25Muy superficial ................... Menos de 25
  77. 77. Profundidad de arraigamiento (PA): espesorde la zona más aptas para el desarrollo deraíces. Depende por ejemplo de ladiferenciación textural y de la estructura.Las pautas de PA son las siguientes:• 0 – 15cm ........... Arraigamiento superficial• 15 – 30cm ........ Arraigamiento medio• Más de 30cm ..... Arraigamiento profundo
  78. 78. Evidencia derestricciones físicaspara el arraigamiento enprofundidad
  79. 79. ENCOSTRAMIENTO:

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