ENSAYO DE HUMEDAD DE SUELOS
¿Que es el Contenido de Humedad?
El contenido de agua o humedad representa el porcentaje del peso de agua en una determinada masa de suelo con respecto al peso de partículas sólidas. A su vez es la cantidad de agua concentrada en un material, como suelo, rocas, cerámica o madera, medida a través de análisis volumétrico o gravimétrico.
Por otro lado, el contenido de humedad del suelo puede cambiar rápidamente y aumentar en minutos u horas.
Por el contrario, la fase de secado puede tardar semanas o meses. El contenido de humedad en suelos está comprendido en un rango de 5 a 50% cuando están en su máxima capacidad de retención (capacidad de campo).
Tabla de Contenidos
Videos: Ensayos de Contenido de Humedad del Suelo
CONTENIDO DE HUMEDAD EN BASE SECA Y EN BASE HÚMEDA
COMO CALCULAR EL PORCENTAJE DE HUMEDAD POR SECADO EN HORNO
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Porcentaje y Contenido de Humedad del Suelo
El porcentaje de humedad se refiere a la cantidad de agua contenida en una muestra orgánica.
En tal sentido, el porcentaje de humedad es el valor porcentual del peso total de la muestra que pertenece a la concentración de agua presente.
Por otro lado, es importante mencionar que para algunos procesos de laboratorio es necesario conocer el porcentaje de humedad de las muestras orgánicas, debido a que la cantidad de agua que contienen puede acelerar o disminuir la velocidad de reacción requerida en un experimento.
Es de mencionar que se determina el peso del agua extraída, secando el suelo húmedo a peso constante en un horno controlado a 110 ± 5 ° C.
La humedad del suelo se puede presentar como humedad adsorbida en las superficies internas y como agua condensada capilar en poros pequeños. En condiciones de humedad relativa baja, la humedad consiste principalmente en agua adsorbida. A mayor humedad relativa, el agua líquida se vuelve cada vez más importante, dependiendo del tamaño de los poros.
En mecánica de suelos, la hidrología y agricultura, el contenido de agua tiene un papel importante para la recarga de aguas subterráneas y la química del suelo. Si el contenido de humedad del suelo es óptimo para el crecimiento de las plantas, estas pueden absorber fácilmente el agua del suelo. No toda el agua contenida en el suelo está disponible para las plantas, gran parte del agua permanece en el suelo como una película delgada.
¿Cual es la Importancia de la Humedad del Suelo?
Es importante conocer la cantidad de humedad o agua del suelo porque, el comportamiento y la resistencia de suelo en construcción están regidos por la cantidad de agua que contienen, ya que la humedad que proviene del suelo daña las construcciones debido a que el suelo suele erosionarse y puede llegar a ocasionar fallas colapsos en la edificaciones.
El hecho de que los suelos retengan agua (humedad) se debe a sus propiedades coloidales y cualidades de agregación. El agua se mantiene en la superficie de coloides, en otras partículas y en otros poros. Las fuerzas responsables de la retención de agua del suelo después de que se ha detenido el drenaje se deben a la tensión superficial y la atracción de la superficie, y se denominan tensión de humedad superficial. Esto se refiere al concepto de energía en las relaciones de retención de humedad. La fuerza con la que se retiene el agua también se denomina succión.
¿Como se mide la Humedad de los Suelos?
Hay una variedad de métodos disponibles para llevar a cabo la medición de la humedad del suelo entre ellos se encuentran:
Método gravimétrico.
Se recogen muestras de suelo, se pesan, se secan al horno (~ 100 ° C) y se pesan nuevamente. En este método se analiza el peso de la muestra tomada y el peso sólido obtenido a través de esta muestra.
Método electromagnético.
Los sensores de capacidad y el reflectómetro en el dominio del tiempo (TDR) miden la respuesta del suelo a un voltaje o pulso eléctrico, que está calibrado para permitir medir el contenido de humedad.
Método del tensiómetro.
A medida que el suelo se seca, la tensión del agua del suelo aumenta (succión), el tensiómetro extrae el agua de un depósito a través de una punta de cerámica porosa, creando un vacío en el tubo sellado a medir. y calibrado según la humedad del suelo.
En la actualidad la medición «in situ» se realiza principalmente mediante tensiómetros o por métodos eléctricos. De la misma forma, los medidores de humedad de hoy son capaces de determinar rápidamente los valores de capacidad de campo, que no son más que la cantidad constante de agua que tiene un suelo saturado.
En términos generales, la humedad del suelo es la cantidad de agua que contiene, y su medición exacta se realiza gravimétricamente, para ello se pesa una muestra de suelo antes y después del secado.
Constante de Humedad de Suelo
Esta constante es igual a una fuerza de aproximadamente 31 atmósferas y se determina colocando el suelo en una atmósfera saturada a una temperatura de 25 ° C.
De manera similar, es la cantidad máxima de agua absorbida por cualquier tipo de suelo en una atmósfera saturada o llena
(es decir, a una humedad relativa del 99 %) a una temperatura de 25° C. El coeficiente higroscópico varía con el tipo de suelo, textura y contenido de materia orgánica.
De acuerdo con las fuerzas de retención que actúan sobre la humedad del suelo, se han definido ciertas constancias de humedad entre las que se pueden nombrar:
Coeficiente higroscópico
Contenido de humedad que retiene el suelo cuando se seca al aire; esta humedad se retiene a un voltaje de aproximadamente -30 atm.
Punto de marchitez permanente
Contenido de humedad del suelo en el que la planta se marchita irreversiblemente; el agua del suelo en este punto se mantiene a aproximadamente -15 atm.
Es el contenido de humedad con que queda el suelo, una vez que sus macroporos han sido completamente drenados; esta condición de humedad se alcanza luego de dejar drenar el suelo saturado, entre 48 y 72 horas; el agua en esta condición se mantiene a voltajes entre -0,1 y -0,3 atm.
Agua utilizable
Es la humedad que ha retenido el suelo entre el punto de marchitez permanente y la capacidad de campo.
Cabe recalcar, una vez más, que las constantes de humedad definidas anteriormente son arbitrarias y que no son aplicables, estrictamente, a todas las plantas ni a todos los suelos, ya que existen factores ambientales y genéticos que intervienen en la eficiencia de la planta a utilizar.
Determinacion de la Humedad del Suelo
La determinación del contenido de humedad es una prueba de laboratorio de rutina para determinar la cantidad de agua presente en una muestra de suelo en términos de su peso seco.
El contenido de agua que presenta un suelo en conjunto con la cantidad de aire, representan una de las características más relevantes para explicar el comportamiento de este. Cuando se aplica el método de laboratorio para determinar la humedad del suelo, se pone en práctica el secado al horno en el cual la humedad del suelo es la relación representada en porcentaje, entre el peso de agua de una masa de suelo y el peso de las partículas solidas.
W: (Ww / Ws *100%)
En donde:
W: es el contenido de humedad expresado en porcentaje (%).
Ww: es el peso del agua presente en la masa de suelos.
Ws: es el peso de partículas solidas.
Ensayo de Humedad Segun Norma NCh1515-1979
1 Alcance y Campo de Aplicacion
Esta norma establece el procedimiento para determinar en laboratorio la humedad de suelos cuyas partículas son menores a 50 mm.
2 Referencia
- Nch 1515-79
3 Aparatos para Determinar la Humedad
3.1 Balanza, con una precisión de 0,01 g para muestras de menos de 100 g, 0,1 g para muestras de entre 100 gy 1000 gy 1 g para muestras de más de 1000 g.
3.2 Estufa, con circulación de aire y temperatura.
3.3 Recipientes, fabricados con material resistente a la corrosión y que no altere su masa ni se desintegre ante sucesivos cambios de temperatura. Deben tener tapas herméticas que eviten la pérdida y absorción de humedad de las muestras. Debe haber un recipiente disponible para cada determinación de humedad.
3.4 Herramientas y accesorios, espátula, cepillos, otros.
4 Procedimiento para Determinar la Humedad
Obtener la muestra de prueba de la muestra de suelo en estado húmedo mediante los procedimientos y con el tamaño indicado por la norma de prueba correspondiente. En general, se recomienda utilizar los tamaños de muestra indicados en la siguiente tabla:
A. Determine y registre la masa de un recipiente limpio y seco con su tapa (Mr).
B. Coloque la muestra de prueba en el recipiente, cerrando el recipiente inmediatamente. Determine y registre la masa del recipiente más la muestra húmeda (Mh).
C. Retirar la tapa, colocar el recipiente con la muestra en el horno a 110 ± 5ºC y secar a masa constante.
D. Retire el recipiente con la muestra del horno, vuelva a tapar y déjelo enfriar a temperatura. Determine y registre la masa del recipiente más la muestra seca (Ms).
NOTAS:
1. En la mayoría de los casos el secado de un día para otro (15 o 16 H) es en caso de duda el secado debe continuar hasta que dos pesos sucesivos separados por una hora de secado difieran en un porcentaje igual o menor a 0, 1 %. Las muestras de arena se pueden secar en unas pocas horas. Las muestras secas deben retirarse del horno antes de colocar otras muestras húmedas para evitar una posible absorción.
2. El secado al horno a 110 ± 5ºC no proporciona resultados confiables en suelos que contienen yeso u otros minerales que pierden fácilmente el agua de hidratación o en suelos que contienen cantidades importantes de materia orgánica. En estos casos, se recomienda secar en estufa a aproximadamente 60ºC o secar al vacío a una presión de aproximadamente 1333 Pa (10 Mm Hg) y a una temperatura entre 23 y 60ºC.
3. Se puede usar un recipiente sin tapa siempre que Mh se determine de tal manera que la humedad a determinar no se altere, y se vuelva a determinar inmediatamente después de que la muestra se retire de la estufa o secadora.
4. Las muestras para la determinación de humedad deben desecharse y no deben usarse en ninguna otra prueba.
5 Expresion de resultados
Calcule la humedad como la pérdida de masa en una determinada muestra de acuerdo con la siguiente fórmula (aproximadamente al 0.1%):
w = [(mh – ms) / (ms – mr )]×100
en que:
w = humedad, %.
mh = masa del recipiente más la muestra húmeda en gramos (g).
ms = masa del recipiente más la muestra seca, en gramos (g).
mr = masa del recipiente, en gramos (g).
NOTA – Si bien la humedad es el cociente entre el peso del agua intersticial y el peso de las partículas sólidas, por razones prácticas el cálculo se realiza en base a la pérdida de masa de la muestra, lo que no altera el resultado numérico.
Punto de Saturacion del Suelo
La saturación se refiere al contenido de agua del suelo cuando prácticamente todos los espacios están llenos de agua. En suelos bien drenados, es un estado temporal, ya que el exceso de agua se drena de los poros grandes bajo la influencia de la gravedad para ser reemplazado por aire.
El punto de saturación del suelo es la cantidad máxima de agua que puede retener y depende de la materia orgánica y del tipo y cantidad de arcilla presente, que se expresa en porcentaje.
Por otro lado, el punto de saturación del suelo se puede calcular a partir del contenido gravimétrico de agua y la densidad aparente (Da) del suelo. Por ejemplo, si un suelo tiene 100 cm de profundidad y un contenido volumétrico de agua de 0,3 cm3 / cm3, la altura o columna de agua que contiene es de 30 cm.
Finalmente, se puede mencionar que el Grado de Saturación (S): es la relación que existe entre el volumen de agua (Vw) y el volumen de vacíos, y su valor se presenta en porcentaje.
En donde:
Sw: es el grado de saturación.
Vw: es el volumen de agua.
Vv: es el volumen de vacios.
Quedando representado en:
Sw: Vw (%)
Vv
Fuentes:
- Garcia Hermoso, F. (2006). "Estudios Geotecnicos".Entesca-Escuela Politécnica Superior de Huesca.
- Norma Técnica NCh 1515-1979, Determinación de la Humedad del Suelo.