Física del Suelo: propiedades fundamentales y comportamiento trifásico

Cátedra de Edafología

Facultad de Agronomía, Zootecnia y Veterinaria Universidad Nacional de Tucumán Foto portada: Soil Science "Structure 7a" CC BY

Guía de estudio

Física del suelo 2023

ETL AZV Facultad de Agronomía, Zootecnia y Veterinaria UNT CUMAN - SOSIA P PEDES IN IMCMXIV TERRA AD SFacultad de Agronomía, Zootecnia y Veterinaria UNT

Cátedra de Edafología

Facultad de Agronomía, Zootecnia y Veterinaria Universidad Nacional de Tucumán

FÍSICA DEL SUELO

Mg. Ing. Agr. Roberto Daniel Corbella

1. INTRODUCCIÓN

Las propiedades físicas del suelo determinan en gran medida el rol del suelo en un ecosistema y como puede ser manejado correctamente. En las actividades agropecuarias estas propiedades condicionan fenó- menos como el crecimiento de las plantas, el movi- miento sobre y a través del suelo de agua, nutrientes y sustancias contaminantes. El conocimiento de estas propiedades es de gran utilidad para comprender el comportamiento del suelo por sí mismo y entender otras propiedades relacionadas que se estudiarán en capítulos siguientes.

1.2. EL SUELO COMO SISTEMA TRIFÁSICO

En la naturaleza existen tres fases principales: sólida, líquida y gaseosa. Un bloque de hielo es un ejemplo de un sistema de una sola sustancia (agua) 25 % 5 % y una sola fase. Una mezcla de hielo y agua, en cam- bio, define un sistema de un solo compuesto, pero con dos fases. En un sistema heterogéneo y polifásico, sus propiedades difieren no solo entre una fase y otra sino también entre la parte interna de una fase y la zona de separación con la fase o fases vecinas: o sea la in- terfase. Precisamente de la magnitud del área de estas interfases, van a depender una serie de procesos o fe- nómenos físico-químicos importantes, como ser ad- sorción, tensión superficial, fricción, etc. Un sistema que presenta al menos una de sus fases subdividida en pequeñas partículas, las cuales presentan, en conjunto, una gran área interfase, es llamado sistema disperso. En base a lo expuesto, podemos considerar al suelo como un sistema heterogéneo, polifásico y disperso, en el cual el área interfacial por unidad de volumen, puede ser muy grande. El carácter disperso del suelo da lugar a una serie de procesos que se producen en la zona de interfase; ejemplos de estos procesos son la floculación, intercambio iónico, absorción de agua y propiedades físicas fundamentales y derivadas. nutrientes, capilaridad, etc.

Las tres fases que ordinariamente se presentan en la naturaleza, se manifiestan también en el suelo: fase sólida, es llamada la matriz del suelo, constituida por una fracción mineral y una fracción orgánica; fase líquida, la cual consiste de diversas sustancias disuel- tas en agua, de ahí que se llama solución del suelo y fase gaseosa, llamada también la atmósfera del suelo (Figura 1 de un suelo mineral).

25 % Aire Agua 45 % Materia Orgánica Materia Inorgánica Figura 1: Representación gráfica de las fases de un suelo ideal.

2. PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS SUELOS

Las propiedades físicas del suelo se pueden agrupar en:

1. Propiedades físicas fundamentales: textu- ra, estructura, color, consistencia, densidad y temperatura.
2. Propiedades físicas derivadas: porosidad, capacidad de aire, capacidad de agua, com- pactación y profundidad efectiva de raíces.

En la presente guía se desarrollarán parte de las 2 www.edafologia.com.ar www.edafologia.org Física del suelo 2023Facultad de Agronomía, Zootecnia y Veterinaria UNT

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2.1. DISTRIBUCIÓN DE LAS PARTÍCULAS DE SUELO POR TAMAÑO

La fase sólida del suelo está compuesta de sus- tancias de diferente naturaleza química y minera- lógica, de variada forma, tamaño y orientación. La distribución por tamaño de estas partículas está rela- cionada, como se mencionó, con diversas propiedades físico-químicas del suelo. Las partículas del suelo va- rían en tamaño en forma continua, sin embargo, con un fin práctico, se han definido, arbitrariamente, gru- pos de tamaños de partículas. A cada agrupamiento de partículas, definido en función de un límite máximo y uno mínimo de diámetro equivalente, se lo denomina Fracción granulométrica (Tabla 1).

Tabla 1: Fracciones granulométricas.

Diámetro equivalente Fracción granulométrica

> 25 cm Pedregosidad o rocosidad (no forma parte de la masa del suelo) 2 mm a 25 cm Fragmentos gruesos 2 µ a 2 mm Fracción fina

El material de suelo con diámetro equivalente inferior a 2 mm corresponde a la fracción fina del sue- lo, donde se encuentran la arena, el limo y la arcilla (Figura 2).

2.1.1. FRAGMENTOS GRUESOS (2 mm a 25 cm)

No forman parte de la fracción fina (<2mm) del suelo, pero si son constituyentes de la masa del suelo y pueden afectar el comportamiento del mismo. Se ori- ginan directamente del proceso de meteorización de la roca madre, por lo tanto, presenta, prácticamente, su misma constitución. Su forma y angulosidad van a va- riar con el medio, intensidad y distancia de transporte. A modo de ejemplo podemos citar la grava (2 a 4 mm de bordes redondeados).

2.1.2. ARENA (0,05 mm a 2 mm)

Esta fracción también proviene de la desinte- gración física de la roca madre, manifestando, por lo tanto, una mineralogía similar a ésta. Se presentan, Otros minerales secundarios Silicatos primarios Silicatos secundarios Cuarzo Arena Limo Arcilla Figura 2: Composición minerológica de las distintas frac- ciones granulométricas.

además, algunos minerales primarios, principalmente cuarzo (Figura 2), también fragmentos de minerales secundarios como feldespatos, mica, etc.

2.1.3. LIMO (0,002 mm a 0,05 mm)

Esta fracción consiste en partículas de tamaño intermedio entre la arena y la arcilla. Mineralógica- mente son similares a las arenas, pero, debido a su pe- queño tamaño y, consecuentemente, mayor superficie específica que la arena, pueden exhibir, hasta cierto grado, atributos físico-químicos semejantes a los de las arcillas.

2.1.4. ARCILLA (<0,002 mm)

Está constituida por materiales secundarios (formados a partir de las transformaciones químicas de minerales primarios contenidos en la roca madre). Generalmente aluminosilicatos de forma laminar. Su pequeño tamaño y su forma característica, originan una elevada superficie/unidad de masa, lo que trae como consecuencia una gran actividad físico-química. De ahí que esta fracción sea la que más influye en las propiedades y características de los suelos (fenómenos de expansión y contracción, procesos de absorción de agua y nutrientes, etc.) (Figura 3).

2.2. TEXTURA DEL SUELO

La textura es una propiedad física fundamental 3 www.edafologia.com.ar www.edafologia.org Física del suelo 2023Facultad de Agronomía, Zootecnia y Veterinaria UNT

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Tabla 2: Comparacion entre el sistema de clasificacion por tamaño de USDA vs ISSS.

USDA ISSS Fracción Diámetro mm Fracción Diámetro mm Arena muy gruesa 2,00 - 1,00 Arena gruesa 1,00 - 0,50 Arena 2,00 - 0,20 Arena media 0,50 - 0,25 Arena fina 0,25 - 0,05 Arena fina 0,20 - 0,02 Arena muy fina 0,10 - 0,05 Limo 0,05 - 0,002 Limo 0,02 - 0,002 Arcilla < 0,002 Arcilla < 0,002

Figura 3: Variación de algunas propiedades del suelo con el tamaño de la partícula.

que hace referencia a la proporción relativa de arena, limo y arcilla en la masa del suelo, es decir, a las partí- culas inferiores a 2 mm de diámetro equivalente. Bajo un punto de vista "dinámico", se puede definir la tex- tura como el conjunto de propiedades que resultan di- rectamente del tamaño de sus elementos individuales. La textura es, quizás, la característica más per- manente del suelo, aunque puede llegar a ser modifi- cada. Entre los acciones que pueden llegar a modificar la textura del suelo se encuentran la remoción de ho- rizontes superficiales por laboreo y el posterior desa- rrollo de una nueva superficie de textura diferente; la acumulación de materiales acarreados por el viento; por el agua de riego, etc.

Las partículas del suelo varían en tamaño en forma continua, sin embargo, con un fin práctico, se han definido, arbitrariamente, grupos de tamaños de partículas. A cada agrupamiento de partículas, defini- do en función de un límite máximo y uno mínimo de diámetro equivalente, se lo denomina fracción gra- nulométrica como se detalló anteriormente.

Existen distintos sistemas de clasificación de partículas de acuerdo a sus tamaños, sin embargo, los más conocidos y utilizados son el propuesto por el De- partamento de Agricultura de Norteamérica (USDA) y el elaborado por la Sociedad Internacional de Cien- cia del Suelo (ISSS) (Tabla 2).

2.2.1. CLASES TEXTURALES

El suelo generalmente no presenta una sola frac- ción granulométrica, sino una mezcla de fracciones en diferentes proporciones. Una combinación de fraccio- nes granulométricas en una determinada proporción define una clase textural. En la Tabla 3 se presenta un esbozo de términos generales aceptables, divididos en cinco clases, relacionadas con los nombres de las cla- ses texturales básicas. Para que un material sea consi- derado arenoso debe contener más de 85% de arena, en cambio, un suelo arcilloso debe poseer más de 40% de arcilla y menos de 45% de arena. Un suelo franco (menos de 52% de arena y entre 7 a 27% de arcilla) se caracteriza por presentar una mezcla "balanceada" de partículas finas y gruesas, de tal manera de manifestar un equilibrio en sus propiedades cualitativas. Resulta importante observar que un suelo que presente una proporción de arena, limo y arcilla (33% de cada uno) es considerado franco arcilloso y no franco, debido al efecto de la fracción arcilla sobre las propiedades del suelo.

Tabla 3: Clasificación de las clases texturales

Arenoso Arenoso Texturas gruesas Arenoso franco Tex. mod. gruesa Franco arenoso Franco Texturas medias Franco limoso Franco Limoso Franco arcilloso Texturas modera- damente finas Franco arcillo arenoso Franco arcillo limoso Arcillo arenoso Arcilloso Texturas finas Arcillo limoso Arcilloso

Física del suelo 2023 4 www.edafologia.com.ar www.edafologia.org Superficie específica I Adsorción Plasticidad -'Adherencia Calor de humedecimiento Arena Limo Arcilla Arcilla coloidal