PRACTICA N°. 5

Densidad Aparente y Densidad Real del Suelo

INTRODUCCION

Las propiedades físicas de los suelos son importantes para determinar el uso del suelo. El suelo es

una mezcla de partículas, minerales, material orgánico, aire y agua. Los dos primeros constituyen

la parte sólida y los dos últimos se hallan en el espacio poroso. A diferencia de la textura y

estructura que se refieren a la parte sólida, la densidad aparente y la real son propiedades físicas

que se relacionan con otras propiedades físicas de los suelos tales como: la porosidad,

compactación, aireación y distribución de los poros etc.

Conociendo los valores de las densidades del suelo, se puede calcular la porosidad total de un

suelo a través de la formula:

(1 – (õa /õp))*100. Además, se puede estimar el peso de la capa arable, y el grado de

compactación del suelo.

Densidad aparente ( õa ). Se define como la relación que existe entre la masa (peso) y el

volumen total del suelo. Este volumen total incluyendo la parte sólida y el espacio poroso. Esta

densidad corresponde a la densidad de campo, y es afectada por la estructura del suelo, el

contenido de materia orgánica, la labranza, etc.

Densidad real o densidad de partícula (õp). Es otra característica del suelo que también

relaciona la masa (peso) de un volumen de suelo, pero en este caso se refiere, sólo, al volumen de

la parte sólida. Esta densidad se determina en laboratorio, y se relaciona con la mineralogía del

suelo y la densidad de sus componentes. Por lo general es invariable en el suelo.

Como es una relación de masa a volumen ambos tipos de densidades se expresan en: g/cc,

kg/dm3 o TM/m3. Según el sistema Internacional (SI) la unidad de medidas es Mg.m-3.

OBJETIVOS

Al finalizar la práctica, los alumnos estarán capacitados para:

Determinar la densidad real y densidad aparente del suelo mediante procedimientos de laboratorio.

Calcular el porcentaje de porosidad a partir de los datos de densidad aparente y real.

DETERMINACION DE LA DENSIDAD APARENTE

A.METODO DEL CILINDRO

Se basa en la medición de la masa (peso) de una muestra de suelo extraída en el campo utilizando

un cilindro de volumen conocido.

MATERIALES Lampa

Cilindros metálicos

Latas de aluminio

Espátulas o cuchillo

Martillo o comba

Balanza de platillo

Estufa

Vernier

PROCEDIMIENTO

1. Con la ayuda del vernier, proceder a medir la altura y el diámetro interno de los cilindros

metálicos para calcular su volumen.

2. Realizar una calicata de 40 cm de profundidad, y tomar muestra en sus estratos de 0 a 20

cm y de 20 a 40 cm.

3. Introducir los cilindros en el suelo ayudados con un pedazo de madera que debe colocarse

en la parte superior del cilindro, golpeando sobre ellos con el martillo o comba hasta el ras

del perfil (evitar disturbar o compactar la muestra). Los filos externos del cilindro deben ser

biselados o cortantes para que facilite su ingreso.

4. Extraer los cilindros con las muestras de suelo contenidas en ellos. Con ayuda de un

cuchillo afilado o espátula cortar en capas delgadas el suelo sobrantes de los extremos

hasta llegar al nivel de los bordes del cilindro.

5. Tomar complementariamente pequeñas porciones de suelo en cada profundidad y

determinar su textura al tacto.

6. Transferir las muestras de suelo contenidas en los cilindros a las latas de aluminio,

previamente pesadas.

7. Secar las muestras a 105 ° C en una estufa.

8. Luego de 24 horas, extraer las latas de la estufa y pesarlas.

9. Registrar los datos en el cuadro respectivo y calcular la densidad aparente.

B. METODO DEL TERRON REVESTIDO EN PARAFINA

Se basa en la relación de peso/volumen de un terrón de suelo, que es pesado en aire y luego

pesado cuando está sumergido en agua previo recubrimiento con una fina capa de parafina. Esta

pérdida de peso aparente es igual al volumen del terrón + volumen de la parafina.

Se basa en la relación de peso/volumen de un terrón de suelo, que es pesado en aire y luego

pesado cuando está sumergido en agua previo recubrimiento con una fina capa de parafina. Esta

pérdida de peso aparente es igual al volumen del terrón + volumen de la parafina.

MATERIALES

Terrones de suelo

Balanza de torsión

Parafina

Probeta graduada

Vaso de precipitación de 100ml

Hilo

PROCEDIMIENTO

1. Colectar terrones de tamaño mediano (aproximadamente de 2 a 4 cm de diámetro) en el

campo.

2. Secar los terrenos en la estufa a105°C por 24 horas.

3. Pesar los terrones secos.

4. Amarrar un terrón con hilo y sumergirlo en parafina ligeramente viscosa (temperatura

aproximada 70°C), de manera que se forme una película impermeable alrededor del terrón.

5. Pesar el terrón más la parafina. La diferencia de peso del terrón con parafina y el seco a la

estufa, es igual al peso de la parafina.

6. Utilizando el extremo libro del hilo, suspender el terrón en el extremo de la balanza de

torsión. Introducir el terrón dentro de un vaso que contiene agua y determinar el peso del

terrón sumergido.

7. Calcular el volumen del terrón mas la parafina, el cual corresponde al peso y volumen de

agua desplazada y que a su vez es igual a la pérdida aparente de peso.

8. Calcular el volumen de la parafina sabiendo que a 18°C su densidad es 0,89 g/cm3.

9. Calcular el volumen del terrón restando el volumen de la parafina al volumen del terrón

más parafina.

10. Calcular la densidad aparente: masa de terrón seco a la estufa/volumen total del terrón.

DETERMINACION DE LA DENSIDAD REAL

METODO DEL PICNÓMETRO

Este método consiste en determinar la densidad real midiendo el volumen de fluido desplazado por

una masa conocida de suelo en un frasco volumétrico o picnómetro (fiola). Para determinar el

volumen de agua desplazada se aplica el principio de Arquímedes.

La cuantificación del volumen del suelo se realizara a través de la pérdida de peso sufrida por el

suelo sumergido en el agua.

MATERIALES

3 fiolas de 200 mL

Balanza de platillo

Un suelo con agregados

Un suelo problema

Un suelo arenoso

PROCEDIMIENTO

1. Identificar los picnómetros (fiolas) para cada tipo de suelo.

2. Pesar 20 g para cada muestra de suelo. P1

3. Llevar las fiolas con agua destilada hasta la marca de enrasado y pesar (el exterior de la

fiola debe estar completamente seco). P2

4. Vaciar el agua de las fiolas dejando aproximadamente ¼ de su volumen con el líquido.

5. Depositar los 20 g de suelo a las fiolas y con la ayuda de una bagueta de vidrio agitar

suavemente para expulsar completamente el aire que se encuentra atrapado en el suelo.

6. Luego llenar la fiola con agua destilada hasta la marca de enrasado y pesar. P3

7. Hallar el peso del agua desplazada: P2 – (P3 – P1)

8. La densidad del agua se considera que es 1 g/cm3, el peso del agua desplazada es igual

al volumen de agua desplazada. Este último representa el volumen de sólidos.

9. Determinar la densidad real: masa de suelo/volumen de sólidos.

CUESTIONARIO

1. Señale algunas propiedades físicas del suelo que afectan a la densidad aparente.

La densidad aparente se define como el peso seco de una unidad de volumen de suelo.

Los factores que la afectan son principalmente tres: la textura, la estructura y la presencia de

materia orgánica. Suelos con texturas arenosas tienden a tener densidades mayores que suelos

más finos, al mismo tiempo en suelos bien estructurados los valores son menores.

2. ¿Qué está sucediendo cuando la textura de un suelo no se altera, pero su densidad aparente incrementa o disminuye?

En un tipo de suelo sin variación de textura, los valores bajos de densidad aparente

implican suelos porosos, bien aireados con buen drenaje y buena penetración de raíces, todo lo

cual significa un buen crecimiento y desarrollo de los árboles. Mientras que la densidad aparente

aumenta cuando el suelo es compacto o poco poroso, tiene mala aireación, la infiltración del agua

es lenta, lo cual puede provocar anegamiento, y que las raíces tengan dificultades para elongarse y

penetrar hasta donde encuentren agua y nutrientes. En estas condiciones, el desarrollo y

crecimiento de los árboles es impedido o retardado consistentemente.

3. ¿Qué propiedades del suelo se ven afectadas con la compactación? ¿Bajo qué prácticas agrícolas generamos compactación en los suelos?

La compactación es un proceso por el cual se comprime la masa de suelo como

consecuencia de la aplicación de cargas o presiones. En términos físicos, la compactación

disminuye el volumen de poros, modifica la estructura porosa y aumenta la densidad aparente (ρa).

Estos cambios estructurales por compactación alteran las propiedades volumétricas del suelo, lo

que repercute en el desarrollo y crecimiento de las plantas porque decrece la conductividad

hidráulica y la capacidad de retención de agua y se altera la difusión de gases en su interior. Estos

cambios provocan una deficiente aireación y un suministro inadecuado de oxígeno para el

desarrollo de las plantas. Así mismo, la degradación de la estructura del suelo por compactación

provoca una ralentización o paralización del desarrollo de las raíces, al aumentar la resistencia

mecánica.

Las prácticas agrícolas que generan compactación son:

El laboreo continuo

La labranza del suelo

La presión mecánica de los implementos de labranza agrícolas y el tránsito de

maquinaria pesada

Cultivo bajo condiciones de riego causa cierta compactación debido al peso y

acción del agua de riego

El golpeteo de las gotas de lluvia sobre el suelo desnudo

El sobre pastoreo

4. ¿Qué otros métodos de medición de la densidad aparente se pueden aplicar en campo?

Método de la cajuela

Para suelos que presentan alto contenido de gravillas, gravas, piedras, concreciones u otra

característica similar, es decir, aquellos donde no puede utilizarse el cilindro, es recomendable

utilizar este método para determinarles su densidad aparente. También es el método a utilizar

cuando se quiere determinar la densidad aparente de materiales orgánicos como turbas o capas de

litter. Para hacer la determinación se procede de la siguiente manera:

Se abre un hueco en el terreno de aproximadamente 20 cm x 20 cm, con la profundidad necesaria,

teniendo la precaución de no compactar las paredes, ni el fondo del hueco al abrirlo.

Ø Se recoge todo el suelo extraído en una bolsa plástica y se recubre el hueco con plástico,

procurando el mayor ajuste de éste a las paredes de aquel. Si el suelo tiene fragmentos de roca, lo

que se extrae se pasa por un tamiz con malla de 2 mm y lo que queda retenido por él se regresa al

hueco, sobre el plástico que lo recubre, puesto que la densidad aparente que interesa en el suelo

es la de su tierra fina. Nótese que dichos fragmentos reducen el volumen de “suelo”.

Se llena el hueco completamente con agua, controlando los volúmenes que se van

adicionando y se mide el volumen total de líquido que se gastó para el llenado.

Se pesa el suelo extraído del hueco y se toma una submuestra del mismo para

determinar el contenido de humedad gravimétrica del suelo.

Se determina el peso del suelo seco al horno (Pss), haciendo la corrección por humedad

para el peso total del suelo extraído del hueco.

Se calcula la densidad aparente, indicado en el numeral anterior, haciendo Vc igual al

volumen del líquido gastado en la determinación.

Los resultados se registran en un formulario.

5. Se tiene una probeta de 2.85 cm de radio, conteniendo 500 ml de suspensión suelo-agua. ¿ En qué tiempo quedará libre esta suspensión de partícula de limo definido por el sistema Atterbert ?. Considerar el experimento en Laboratorio de la UNTELS a 20° C, K= 5300.

6. Se tomó una muestra de suelo húmedo que peso 55.2 g (15% de humedad gravimétrica), cuyo volumen medido en una probeta fue de 40 cm3. Luego se agregaron 50 ml de agua destilada y el volumen de las mezcla con este suelo húmedo fue de 76.4 cm3. Hallar:

Densidad aparente y densidad real. % de porosidad. % de espacio aéreo para las condiciones del suelo húmedo. Inferir la textura de ese suelo.

7. Un terrón secado a estufa de 23.4 g de peso se cubrió con una película de parafina; luego al volverlo a pesar, este pesaba 25.9 g (densidad de la parafina = 0.9 g/cm3). ¿Cuál debería ser el peso de este terrón cubierto de parafina al sumergirlo en agua, si se sabe que su densidad aparente es de 1.45 g/cm3?Datos:

Peso del terrón en estufa: 23.4 g

Peso del terrón en estufa más el peso de la parafina: 25.9 g

Peso parafina: 25.9 g-23.4 g =2.5 g

Densidad de la parafina= 0.9 g/cm3

Solución:

8. Para el problema anterior: ¿Cuál debería ser la densidad aparente del terrón para que virtualmente flote? Se entiende cubierto de parafina.

La densidad aparente debe ser menor que la densidad del agua 1 g/cm3 para que pueda

flotar. Si al densidad de la parafina es 0.92 g/cm3, la densidad aparente del terrón debe ser 0.99

g/cm3

9. Se tiene dos suelos de textura y composición mineralógica semejante. ¿Cree Ud. que podrían

presentar diferentes porcentajes de porosidad? ¿Por qué?

Sí. Son dos muestras distintas a pesar que tienen una semejanza van a presentar una

diferencia de porosidad porque no son idénticas, el clima y el tiempo va influir en la textura del

suelo.

10. 100 g de suelo húmedo contiene 20 g de agua (lo que representa el 100% de los espacios

porosos). Si la densidad aparente de este suelo es de 1.5 g/cm3, determinar:

a) Volumen total de la muestra de suelo (cm3).

b) Volumen de los sólidos (%).

c) Densidad real (g/cm3).

d) Volumen de agua (%).

e) Porosidad (%).

REPORTE DE PRÁCTICA

Densidad aparente y Densidad Real del suelo

Determinación de la Densidad Aparente

MÉTODO DE LA PARAFINA

Completar los siguientes cuadros según el desarrollo de la práctica

PESO DEL TERRON SECO A ESTUFA

(1)

(g)

PESO DEL TERRON

CON PARAFINA

(2)

(g)

PESO DE LA PARAFINA

(2-1)

(g)

VOLUMEN DE LA PARAFINA

(õ parafina = 0.89g/cc)

(3)

(cm3)

PESO DEL TERRON CON

PARAFINA SUMERGIDO

EN AGUA

(4)

(g)

VOLUMEN DEL TERRON CON

PARAFINA (Peso y Volumen

del agua desplazada)

(2-4)

(cm3)

VOLUMEN DEL

TERRON

(2-4-3)

(cm3)

DENSIDAD APARENTE

(g/cm3)

POROS

(%)

10.5g 10.9g 0.4g

0.44g 7.55g 7.55cc 7.05cc 1.489(g/cc) 43.38%

Método del Picnómetro Completar el siguiente cuadro según el desarrollo de la práctica

MUESTRAS

PESO DEL SUELO

(g)

PESO DE LA FIOLA + AGUA

(g)

PESO DE LA FIOLA + AGUA +

SUELO

(g)

PESO DEL AGUA DESPLAZADA

(g)

VOLUMEN DE LOS

SOLIDOS

(cm3)

DENSIDAD REAL

(g/cm3)

P1 P2 P3 P2- (P3-P1)

20g 181.2g 193.4g 7.6g 7.6cc 7.6(g/cc)

ResolverSe tiene un cubo de suelo de medidas 15x15x15 cm. Con una masa total de 1800 g. de los cuales 300 g. son agua.Si la densidad del agua es 1 g/cm3 y el volumen ocupado por el aire es 250 cm3 calcule:a) Densidad aparente (g/cm3)b) Densidad real (g/cm3)c) Volumen de los sólidos (%)d) % de porosidad.e) % de espacio aéreo.

Hallar el peso de la capa arable de 1 hectárea (Ha) y el porcentaje de poros (%) de los siguientes suelos (Profundidad = 20 cm):

a) Arcillosob) Francoc) Arena Franca