La tensión del agua en C depende del radio del tubo capilar y de la tensión superficial del agua.

Transcripción

1 29 En donde : F 2 =1t X 2rT x cos a. r =Radio del tubo ( cm ) T = Tensión superficial del agua en contacto con el aire a. =Angula de contacto entre las paredes del tubo y el agua Puesto que el ángulo de contacto para agua - vidrio es de ()O, Cos a. = 1, en cuyo caso la fórmula anterior se transforma en: F 2 =2 1t X r x T En virtud de que las fuerzas F 1 y F 2 son iguales y opuestas, según lo expresado más arriba, resulta que: h x 1t x r2 x dw = 2 1t X r x T Luego, la altura ( h ) a la que llegará el agua en un tubo capilar es : h = 2 T rxdw La tensión superficial experimenta sólo pequeños cambios cuando la temperatura varía. Por ende, se puede usar prácticamente como valor de T, gr/cm, para la temperatura del agua de c, como una constante de cálculo, de esto resulta que la expresión anterior puede escribirse: h = 0.15 r xdw En la figura 8, la presión en los puntos A y B es igual a la presión atmosférica. Ya que el punto C está a una mayor altura que B, la presión en C es menor que la presión en B y, por lo tanto, es menor que la presión atmosférica. Es decir el agua en el punto C se encuentra sometida a una presión negativa o tensión. La tensión del agua en C depende del radio del tubo capilar y de la tensión superficial del agua. La tensión del agua en C = h x dw = 0.15 r Las leyes físicas que explican el ascenso del agua en los tubos capilares, sirven para explicar la retención del agua en los poros del suelo. El mecanismo de retención que depende de las características de la tensión superficial del agua del suelo y del ángulo de contacto entre el agua y las partículas del suelo es el mecanismo principal que retiene el agua en los suelos arenosos, livianos y

2 30 medianos y, dentro de determinados intervalos de humedad, también en los suelos pesados. Tal como se ha expresado, existen en los suelos poros de diferentes tamaños, los que están conectados entre sí. Cuando el suelo está saturado de agua, o sea cuando todos los poros están llenos de agua, la succión del agua en los poros del suelo es cercana a O (presión atmosférica). Aplicando una "Succión" a la solución del suelo, el agua es extraída de los poros grandes, los cuales no son capaces de retener el agua a una determinada "succión". Dichos poros al ir perdiendo el agua se van llenando de aire. La disminución continua del agua en los poros del suelo produce simultáneamente un aumento en la tensión del agua ( o succión ), en los poros que aún retienen agua Retención del agua en el suelo causada por la repulsión entre las partículas de arcilla En los suelos pesados que contienen un alto porcentaje de arcilla, se produce una fuerza de repulsión entre las partículas de arcilla, a consecuencia de las características peculiares de su superficie. En la vecindad inmediata de la superficie de estas partículas, existe una concentración de iones que induce la creación de una fuerte presión osmótica en la solución del suelo, vecina a la superficie de las partículas. Cuando un suelo arcilloso entra en contacto con el agua libre, durante el proceso de su humedecimiento el agua se liga fuertemente y es adsorbida en torno y entre las partículas, produciéndose la formación de una gruesa lámina de agua alrededor de las partículas de arcilla y, como consecuencia, la repulsión entre dichas partículas. Este proceso se expresa en forma tangible mediante el hinchamiento del suelo. Este proceso se conoce también con el nombre,de hinchamiento osmótico ( o expansión osmótica). A fin de extraer el agua del suelo expandido es necesario ejercer una "succión" para contrarrestar la fuerza de repulsión entre las partículas. La extracción del agua de un suelo pesado y expandido, no permite la entrada del aire. Al extraer el agua, las partículas de arcilla convergen. En otras palabras, la porosidad del suelo disminuye durante el proceso de secado. Sólo cuando las partículas estén imposibilitadas de acercarse es que la extracción de agua ocasionará la entrada de aire. Este mecanismo de retención de agua que funciona en suelos con un alto contenido de arcilla, a humedades elevadas del suelo, tiene un significado agrícola determinante La Curva de Retención del Agua del Suelo Existe una relación inversa entre la tensión del agua del suelo(tensión de humedad) y su contenido de agua (porcentaje de humedad del suelo). Cuanto mayor sea la tensión aplicada, menor será el porcentaje de humedad retenido por el suelo. La fuerza de retención de agua por el suelo, que se opone a la fuerza externa de absorción, es denominada tensión del agua del suelo.

3 31 La curva que describe la relación entre la tensión del agua y el porcentaje de humedad del suelo se denomina Curva de Retención. Esta curva facilita la conversión recíproca entre la succión y el contenido de humedad del suelo, aspecto fundamental en los estudios sobre balance del agua. La succión determina la disponibilidad de la humedad del suelo para la planta y su posibilidad de flujo en medios no saturados. Existe una curva de retención para cada tipo de terreno, según la cantidad de poros, la superficie específica de las partículas, la textura y la estructura ( Véase Figura 9) ~ r---o t....,..,,. 1..., L,, '.,,. " ~, _ _.~_:~::.;-:.--_._- -- Figura 9. Curvas de retención de diversos suelos

4 32 f... ~ i,.,,... ~..l...---l " Figura 10. Efecto de la textura en la retención de agua por el suelo La Figura 10 expresa el efecto de la textura en la relación humedad potencial mátrico. Obsérvese que en el caso de suelo arcilloso la variación del potencial mátrico es paulatina, mientras que en el arenoso, cuando la humedad baja de un cierto valor se produce un cambio brusco. El punto de cambio corresponde al paso de poros grandes a pequeños. La textura y la estructura son decisivos en la distribución del tamaño de los poros y en los efectos osmóticos de la doble capa difusa. En suelos arenosos la mayor parte de la humedad es mantenida en los poros por acción capilar. La curva de retención para estos suelos muestra que a cierto valor de succión ya se presenta un fuerte decrecimiento en el contenido de humedad; esto indica que en tales suelos existe un cierto tamaño predominante de poros correspondientes a la succión de la inflexión más baja de la curva. A valores bajos de succión casi todos los poros se encuentran llenos de agua, pero cuando la succión se incrementa, gran parte de ella se pierde en un rango relativamente corto de succión; el agua remanente empieza a comportarse como una película sobre las partículas y alrededor de los puntos de contacto entre las mismas. La curva de suelos de textura pesada (arcillosos), muestra generalmente un decrecimiento más gradual de la humedad con el incremento de la succión. Esto puede ser explicado con base en el importante papel que desempeña el efecto de la doble capa en estos suelos, ya que existe una gran variación en el tamaño de los poros. En los suelos arcillosos la distribución del tamaño del poro es más uniforme y el agua se encuentra adsorbida en mayor proporción, como consecuencia obvia el contenido de humedad decrece gradualmente a medida que aumenta la succión matricial. Al estudiar la influencia de la estructura del suelo sobre su capacidad y características de retención de humedad, debe recordarse que los poros pequeños se encuentran dentro de los agregados y los macroporos entre los agregados. Los poros con diámetro grande corresponden a un valor bajo de

5 ,~ L A._ 33 succión, en consecuencia la estructura del suelo adquiere especial importancia e influencia sobre el número de dichos poros; por ello las curvas de retención de humedad, en el rango de baja succión deben ser establecidas con base en muestras no disturbadas ( a pf mayor de 3). Para los rangos altos de succión, donde solamente los intra-agregados porosos contribuyen al contenido de humedad, pueden ser usadas muestras ordinarias (disturbadas). La Figura 11 muestra el efecto de la estructura en la retención de agua por el suelo. - jln ;:. Figura 11. Efecto de la estructura en la retención de agua por el suelo Los suelos con buena estructura tienen una mayor porosidad y por tanto a saturación 0Nm = O) contienen más agua. Cuando el potencial mátrico se aproxima a cero, el efecto de la estructura domina sobre el de textura y lo contrario ocurre para valores altos de W m. Por tal razón la humedad correspondiente a este último caso se puede medir en muestras alteradas, mientras que la correspondiente a bajos W m, debe medirse en muestras inalteradas. La estructura del suelo siempre afecta la forma de la curva característica de humedad, particularmente en los rangos bajos de succión. El efecto de la compactación sobre un suelo hace decrecer la porosidad total y, especialmente, el volumen de los poros interagregados. Esto significa que el contenido de agua a saturación va decreciendo inicialmente con una aplicación baja de succción. En la Figura 11 se presenta el comportamiento de la curva característica de humedad para dos suelos: uno agregado y otro compacto.