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FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL LABORATORIO DE CONTAMINACIÓN Y CONTROL DE SUELOS PRACTICA Nº01 PROPIEDADES FÍSICAS DEL SUELO DENSIDAD REAL, DENSIDAD APARENTE, POROSIDAD, HUMEDAD INTEGRANTES: - CARLES GERI, SANTIAGO - FERNANDEZ CAHUAYA, JOSELYN - RIMAC BAUTISTA, ANGELY - TABOADA CAJA, NATALIA PAOLA CICLO: VI CICLO TURNO: MAÑANA AULA: B - 318 DOCENTE: ING. MSc. RUBEN MUNIVE CERRON. LIMA - PERÚ 2017 ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL LAB. DE CONTROL DE SUELOS 2 1. OBJETIVOS 1.1. Objetivo General ✓ Determinar las propiedades físicas (porcentaje de humedad, densidad aparente y porcentaje de porosidad) de las dos muestras de suelo; una limpia y otra contaminada por hidrocarburos, mediante procedimientos experimentales en el laboratorio. 1.2. Objetivos Específicos ✓ Efectuar los procedimientos a seguir según las guías de laboratorio durante los procesos de hallar el porcentaje de humedad, densidad aparente y porosidad para ambas muestras de suelo. ✓ Fundamentar y explicar los resultados hallados durante el proceso experimental en el laboratorio sobre las propiedades físicas de la muestras de suelo. ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL LAB. DE CONTROL DE SUELOS 3 2. MARCO TEORICO 2.1.1. Humedad del suelo Según Gabriel Rodríguez (1988), La humedad del suelo es alimentada por agua dispersa y/o freática; La primera alimentación es accidental a menudo intermitente y puede interceptarse con medios corrientes hasta suprimirla; la segunda es una acción subterránea que no se puede secar ni detener fácilmente. La humedad de suelo se debe en gran mayoría al ciclo hidrológico, por lo tanto la mayor parte del asuelo siempre está saturada de agua, formándose la capa de agua subálvea o freática cuyo nivel superior corresponde al nivel de agua en los pozos. Se denomina humedad del suelo a la cantidad de agua por volumen de tierra que hay en un terreno. Establecer el índice de humedad del suelo es de vital importancia para las actividades agrícolas, esta influye en muchas propiedades físicas, tales como la densidad aparente, espacio poroso, compactación, penetrabilidad, resistencia al corte, consistencia, succión total de agua y color del suelo. La humedad del suelo es muy dinámica y depende del clima, vegetación, profundidad del suelo, y de las características y condiciones físicas del perfil. Se entiende por humedad del suelo a la masa de agua contenida por unidad de masa de sólidos del suelo. El contenido de humedad de una masa de suelo, está formado por la suma de sus aguas libre. La importancia del contenido de agua que presenta un suelo representa junto con la cantidad de aire, una de las características más importantes para explicar el comportamiento de este. El método tradicional de determinación de la humedad del suelo en laboratorio, es por medio del secado a horno, donde la humedad de un suelo es la relación expresada en porcentaje entre el peso del agua existente en una determinada masa de suelo y el peso de las partículas sólidas. 2.1.2. Densidad aparente Se define como la masa de suelo por unidad de volumen (g. cm3). Describe la compactación del suelo, representando la relación entre sólidos y espacio poroso (Keller & Hakansson, 2010) . ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL LAB. DE CONTROL DE SUELOS 4 A. Cálculo En el caso de un material mezclado con aire se tiene: Pap =Masa / Volumen = (Mr + Maire) / (Vr + Vaire) La densidad aparente de un material no es una propiedad intrínseca del material y depende de su compactación. La Densidad aparente del suelo (Da) se obtiene secando una muestra de suelo de un volumen conocido a 105°C hasta peso constante. Da = WSS / VS Donde: WSS: Peso de suelo secado a 105°C hasta peso constante. VS: Volumen original de la muestra de suelo. La densidad aparente del suelo se expresa en g/cm3 Se debe considerar que para muestras de suelo que varíen su volumen al momento del secado, como suelos con alta concentración de arcillas 2:1, se debe expresar el contenido de agua que poseía la muestra al momento de tomar el volumen B. Métodos Método del cilindro, Una de las desventajas de tomar la muestra con el cilindro, es que el valor puede variar con el tamaño del cilindro, siendo mayor la densidad cuando menor es el tamaño del cilindro, a causa de que no se captan los poros de mayor diámetro. En general, el método presenta poca variación, es fácil de repetir y su determinación es sencilla. ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL LAB. DE CONTROL DE SUELOS 5 Hay otros métodos que no requieren instrumental complejo para estimar densidad aparente. Cuando no se cuenta con la posibilidad de obtener la muestra inalterada del campo se puede utilizar: Método de la probeta, que usa la muestra molida y tamizada. Método de la parafina con muestras inalteradas tomadas con pala sin usar el cilindro. 2.1.3. Densidad Real Es la relación ente la unidad de masa y la unidad de volumen de la fase solida del suelo, la cual es más o menos constante, debido a que está determinado por la composición química y mineralógica de la fase sólida. La mayor parte de los componentes del suelo (aluminosilicatos, sílice) poseen una densidad oscilante entre 2.6 y 2.7 g/cm3, se toma un valor medio de 2,65 gr/cm3 (valor adoptado al realizar el análisis granulométrico). 2.1.4. Porosidad Se define como el porcentaje del volumen de suelo que no está ocupado por suelo sólido. En un suelo libre de agua, el espacio poroso está totalmente ocupado por aire. Los poros en un suelo húmedo se encuentran ocupados por agua y aire. La mayoría de las determinaciones de porosidad del suelo están basadas en determinaciones de la densidad aparente del suelo a cierto contenido de humedad y de la densidad de partículas del suelo. Fuente: rea.ceibal.edu ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL LAB. DE CONTROL DE SUELOS 6 3. DETALLES EXPERIMENTALES 3.1 Procedimiento para calcular la humedad del suelo 3.1.1 Materiales y Reactivos 2 muestras de suelo; una limpia y una contaminada (hidrocarburo). ● Balanza analítica. ● 2 crisoles de porcelana. ● Espátula. ● Mufle. 3.1.2 Procedimiento Experimental ● En primer lugar, pesar aproximadamente 10 g se suelo para ambas muestras y anotar en una libreta sus masas. ● Después, también pesar y anotar la masa de cada crisol. ● Luego de ello, colocar cada muestra de 10 g en los crisoles de porcelana. ● Posteriormente, introducir cada crisol con las muestras en la estufa por 1 hora a una temperatura de 110 0C y esperar mientras se realiza el proceso de evaporación. ● Finalmente, concluido el tiempo de evaporación dejar pasar unos minutos y pesar nuevamente cada una de las muestras y anotar la diferencia obtenida entre el peso inicial y el peso final. 3.1.3 Cálculos realizados A. Muestra de suelo limpio ANTES DE LA ESTUFA DESPUES DE LA ESTUFA Masa de la muestra de suelo + crisol 43.04 g 42.06 g Masa del crisol 33.02 g Masa inicial = (masa del crisol + suelo) – (masa del crisol) = 43.04 g – 33.02 g = 10.02 g ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL LAB. DE CONTROL DE SUELOS 7 Masa final = (masa del crisol + suelo después de la estufa) - (masa del crisol) = 42.06 g – 33.02 g = 9.04 g Masa de agua = masa inicial – masa final = 10.02 g – 9.04 g = 0.98 g % Humedad 10.02 g 100% 0.98 X% � = .. � × % B. Muestra de suelo contaminado ANTES DE LA ESTUFA DESPUES DE LA ESTUFA Masa de la muestra de suelo + crisol 45.14 g 44.59 g Masa del crisol35.12 g %Humedad = 9.78% ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL LAB. DE CONTROL DE SUELOS 8 Masa inicial = (masa del crisol + suelo) – (masa del crisol) = 45.14 g – 35.12 g = 10.02 g Masa final = (masa del crisol + suelo después de la estufa) - (masa del crisol) = 44.59 g – 35.12 g = 9. 47g Masa de agua = masa inicial – masa final = 10.02 g – 9.47 g = 0.55 % Humedad: 10.02 g 100% 0.55 X% � = .55. � × % % Humedad = 5.49% ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL LAB. DE CONTROL DE SUELOS 9 3.2. Determinación de la densidad aparente por el método de la probeta 3.2.1. Materiales y Reactivos ● 2 muestras de suelo; una limpia y una contaminada (hidrocarburo). ● Balanza analítica. ● Espátula. ● 1 Tamiz. ● 2 probetas. ● Piseta con agua destilada. 3.2.2. Procedimiento Experimental ● Tamizar cada muestra. ● Llevar a la balanza analítica y pesar 50g de cada muestra (limpia y contaminada). ● Llevar a una probeta de 100ml, e introducir con ayuda de una espátula. ● Sentar la muestra para sacar el oxígeno y llegar hasta el último compacto para medir su volumen (en ml). ● Anotar y calcular mediante formula. ● Retirar cada muestra y limpiar los materiales. 3.2.3. Cálculos realizados A. Muestra de suelo limpio DATOS DEL SUELO LIMPIO Peso de suelo secado (WSS) 50 g Volumen original de la muestra de suelo 41 ml Da = 50g / 41ml Formula: Da = 1.23 g/ml ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL LAB. DE CONTROL DE SUELOS 10 B. Muestra de suelo contaminado DATOS DEL SUELO CONTAMINADO Peso de suelo secado (WSS) 50 g Volumen original de la muestra de suelo 44 ml Da = 50g / 44ml 3.3. Porosidad o espacio poroso Para hallar la porosidad de ambas muestras de suelo solo se necesita reemplazar los datos hallados en los anteriores procedimientos experimentales. A. Muestra de suelo limpio DATOS DEL SUELO LIMPIO Densidad aparente (Da) 1.23 g/ml Densidad real (Dr) 2.65 g/ml %P = ((2.65-1.23) / 2.65) * 100 %P = 53.58 Formula: Da = 1.14 g/ml %P = 54% ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL LAB. DE CONTROL DE SUELOS 11 B. Muestra de suelo contaminado DATOS DEL SUELO CONTAMINADO Densidad aparente (Da) 1.14 g/ml Densidad real (Dr) 2.65 g/ml %P = (2.65-1.14) / 2.65*100 %P = 56.98 4. TABLA DE REPORTE DE RESULTADOS FINALES DETERMINACIÓN DE LA HUMEDAD DE LA MUESTRA SUELO % MUESTRA DE SUELO LIMPIO (MSL) MASA SUELO INICIAL(g) 10.02 g MASA SUELO FINAL (g) 9.04 g MASA DE AGUA (MASA SUELO INICIAL- MASA SUELO FINAL) (g) 0.98 PORCENTAJE DE LA HUMEDAD (%) 9.78% DETERMINACIÓN DE LA HUMEDAD DE LA MUESTRA SUELO % MUESTRA DE SUELO CONTAMINADO (MSC) MASA SUELO INICIAL(g) 10.02 g MASA SUELO FINAL (g) 9.47 g MASA DE AGUA (MASA SUELO INICIAL- MASA SUELO FINAL) (g) 0.55 PORCENTAJE DE LA HUMEDAD (%) 5.49% %P = 57% ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL LAB. DE CONTROL DE SUELOS 12 DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD REAL DE LA MUESTRA DE SUELO g/ml (PARA AMBAS MUESTRAS) CALCULO DE LA DENSIDAD REAL (g/ml) 2.65 g/ml Detalle: La densidad real para ambas muestras de suelo se da como dato en la guía de laboratorio. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD APARENTE DE LA MUESTRA DE SUELO LIMPIO g/ml CALCULO DE LA DENSIDAD APARENTEL (g/ml) 1.23 g/ml DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD APARENTE DE LA MUESTRA DE SUELO CONTAMINADO g/ml CALCULO DE LA DENSIDAD APARENTEL (g/ml) 1.14 g/ml DETERMINACIÓN DE LA POROSIDAD DE LA MUESTRA DE SUELO LIMPIO % DENSIDAD REAL 2.65 g/ml DENSIDAD APARENTE 1.23 g/ml PORCENTAJE DE LA POROSIDAD (%) 54% DETERMINACIÓN DE LA POROSIDAD DE LA MUESTRA SUELO CONTAMINADO % DENSIDAD REAL 2.65 g/ml DENSIDAD APARENTE 1.14 g/ml PORCENTAJE DE LA POROSIDAD (%) 57% ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL LAB. DE CONTROL DE SUELOS 13 5. DISCUSIONES 5.1. Humedad Para los estudiantes de la Universidad Andina “Néstor Cáceres Velásquez” la muestra de suelo tiene que ser introducida al horno por un tiempo de 24 horas, a comparación de nuestra muestra que fue colocada alrededor de 1 hora, esto permitiría que la muestra se seque por completo evitando que exista posibilidad de que un porcentaje de humedad pueda permanecer en la muestra en estudio. En el informe presentado por los estudiantes de la Universidad Nacional de Ingeniería los resultados presentan valores altos de humedad (14.46%) con respecto a nuestros resultados (9.78%) puesto que las medidas que se tomaron para el manejo de muestras fue el más óptimo ya que utilizaron las normativas ASTM D-4220, estas medidas ayudan a un mejor análisis con mayor precisión. 5.2. Densidad aparente y real Para Julieta M. Rojas (EEA Sáenz Peña), “De todos modos, debe tenerse en cuenta que la calidad es un concepto holístico que no se puede definir por una sola propiedad, por lo tanto para evaluar el estado y salud de un suelo deberá relacionarse la densidad aparente con otros parámetros físicos, químicos y biológicos”. Por otro lado para MENDOZA (2010) señala que “La compactación del suelo es el incremento de la densidad aparente, que resulta de la aplicación de una carga o presión”. Esto se debe a la gran presión aplicada por la carga mecánica de las maquinarias agrícolas, pero en este caso esto no se dio ya que en la zona en donde se realizó la calicata no hay presencia de maquinaria agrícola ya que en realidad es una zona urbana. “A diferencia de la textura, la densidad aparente es una propiedad dinámica, que varía con las condiciones estructurales del suelo. El grado de estructuración del suelo puede variar por condiciones de manejo, tales como el paso de maquinaria u otras labores agrícolas, la densidad aparente puede servir como un indicador del grado de compactación que tiene el suelo, y su restricción relativa al desarrollo radicular de las plantas”, manifiesta Ruiz (2012). ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL LAB. DE CONTROL DE SUELOS 14 5.3. Porosidad Según Mendoza & Reyes (2010), “La compactación del suelo es el incremento de la densidad aparente, que resulta de la aplicación de una carga o presión. A esta capa de suelo compactado se le llama piso de arado y limita la profundidad efectiva del suelo para la exploración de las raíces, también disminuye la velocidad de infiltración del agua, la porosidad del suelo y la aireación de las raíces y en casos severos puede impedir la producción económica de los cultivos”. Basándonos en ello existe la relación de a mayor densidad aparente menor porcentaje de porosidad, lo cual coincide con nuestros resultados, ya que la muestra de suelo limpio presenta mayor densidad aparente y menor porcentaje de porosidad en contraste con la muestra de suelo contaminado. 6. CONCLUSIONES En el procedimiento para determinar las propiedades físicas de las muestras de suelo, se obtuvieron los siguientes resultados: La muestra de suelo limpio contiene un porcentaje de humedad de 9.78%, con densidad aparente de 1.23 g/ml y su porcentaje de porosidad fue de 54%. Mientras que la muestra de suelo contaminado por petróleo contiene 5.49% de humedad, su densidad aparente fue de 1.14 g/ml y finalmente su porcentaje de porosidad fue de 57%. Mediante las guías de laboratorio brindadas por nuestro docente se logró realizar cada procedimiento experimental de forma correcta, logrando el aprendizaje sobre los pasos a seguir en la determinación de las propiedades físicas del suelo. Fue así como diferenciamos los conceptos de densidad aparente y densidadreal de un suelo y gracias a ello sabemos lo importante que conlleva a que un suelo tenga una densidad aparente ideal y sus propiedades que esta tiene para los suelos. La densidad aparente es una forma de evaluar la resistencia del suelo a la elongación de las raíces, también se usa para convertir datos expresados en concentraciones a masa volumen, cálculos utilizados en fertilidad y fertilización de cultivos extensos y varía con la textura del suelo y el contenido de materia orgánica. ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL LAB. DE CONTROL DE SUELOS 15 La muestra de suelo limpia presenta mayor densidad que la muestra contaminada, por ello, a mayor Densidad aparente, mayor compactación, menor aireación, menor facilidad de desarrollo radicular, menor contenido de CO2. Por otro lado, en la muestra de suelo contaminado, por su volumen hallado a través del método de probeta que es de 44 ml y la muestra limpia de 41 ml, deducimos que es más permeable, menos compactado, y mayor contenido de oxígeno en el suelo. En la propiedad física de la porosidad, la muestra de suelo contaminada (57%) es mayor que la muestra limpia con 54%, es más permeable ante la entrada de oxígeno y agua. Los resultados obtenidos fueron determinados por la estructura del suelo, grado de compactación (uso y manejo del suelo), expansión y contracción de las partículas (cambios de temperatura) y contenido de humedad. 7. RECOMENDACIONES El grupo ha planteado 4 recomendaciones relacionados a los procesos experimentales en laboratorio: Los materiales donde estarán guardadas las muestras del suelo, deben ser herméticos para evitar pérdida de humedad de las muestras antes del peso inicial y prevenir la absorción de humedad de la atmósfera después del secado y antes del peso final. Se debe usar un recipiente para cada muestra del suelo, pues evita la alteración de la composición natural propia de cada muestra y los resultados no serían verosímiles. También se recomienda rotular cada muestra para prevenir resultados incorrectos, de lo contrario se generaría confusión al momento de realizar los procedimientos experimentales. Finalmente se recomienda seguir estrictamente las guías de laboratorio y ante cualquier duda consultar con el docente o personal a cargo del laboratorio. ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL LAB. DE CONTROL DE SUELOS 16 En cuanto a cómo mejorar la densidad aparente de los suelos, la FAO recomienda: Una forma de mejoramiento del suelo es la colocación de materia orgánica ya que este ayuda a una mejor aeración del suelo y una mejor filtración de agua. (Dercourt J. Paquet J. 1984). 8. REFERENCIA BIBLIOGRAFICAS PIZARRO, C. F 1990. Riesgos localizados de alta frecuencia, Goteo, Microaspersión y Exudación, Ediciones Mundi-Prensa, Segunda Edición, Madrid España. Pg 51-54 CHIQUINQUIRA, H. 1995. El Régimen de Humedad de Los Suelos de la España peninsular. Recuperado de: http://oa.upm.es/22316/1/CHIQUINQUIRA_HONTORIA_FERNANDEZ.p df MONTOYA, G. 2000. Efecto de tensiones de Humedad del suelo en tomate, variedad tequila, bajo condiciones de riego por goteo, con y sin acolchado plástico en suelos arcillosos compactados en el valle de Yaqui. Recuperado de: http://biblioteca.itson.mx/dac_new/tesis/137_gilberto_montoya.pdf Facultad de Ingeniería Civil (UNI), Marzo 2006. Método de ensayo para determinar el contenido De humedad de un suelo, Lima- Perú, página (1 y 6). CCALLATA, J., CESPEDES, G. Octubre 2016. Contenido de humedad de un suelo. Juliaca- Perú, (página 9). Keller, T.; Håkansson, I. 2010. Estimation of reference bulk density from soil particle size. Recuperado de: http://inta.gob.ar/sites/default/files/script-tmp-inta- _densidad_aparente.pdf http://oa.upm.es/22316/1/CHIQUINQUIRA_HONTORIA_FERNANDEZ.pdf http://oa.upm.es/22316/1/CHIQUINQUIRA_HONTORIA_FERNANDEZ.pdf http://biblioteca.itson.mx/dac_new/tesis/137_gilberto_montoya.pdf http://inta.gob.ar/sites/default/files/script-tmp-inta-_densidad_aparente.pdf http://inta.gob.ar/sites/default/files/script-tmp-inta-_densidad_aparente.pdf ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL LAB. DE CONTROL DE SUELOS 17 Sin autor. 2013. Prácticas de Laboratorio de Edafología 1. Facultad de Agronomía. Universidad de San Carlos de Guatemala. 47 p. Recuperado de: https://agrointroduccionalaquimica.files.wordpress.com/2014/02/prc3a1ct ica-5-introduccic3b3n-a-la-quc3admica-210214.pdf BAZAN RUFO. 1975. Los suelos del proyecto Alcoa. 9 p. Turrialba-Costa Rica. Recuperado de: https://books.google.com.pe/books?id=mtYOAQAAIAAJ&pg=PA8&dq=p orosidad+del+suelo&hl=es- 419&sa=X&sqi=2&pjf=1&ved=0ahUKEwj84fGd273UAhUsAcAKHXoXBY 8Q6AEIITAA#v=onepage&q=porosidad%20del%20suelo&f=false https://agrointroduccionalaquimica.files.wordpress.com/2014/02/prc3a1ctica-5-introduccic3b3n-a-la-quc3admica-210214.pdf https://agrointroduccionalaquimica.files.wordpress.com/2014/02/prc3a1ctica-5-introduccic3b3n-a-la-quc3admica-210214.pdf
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