RESULTADOS Y DISCUSIÓN Contenido de humedad.

Los suelos presentaron el contenido de humedad, en las épocas evaluadas, que se muestra en la figura 1, el cual determina la resistencia mecánica del suelo al paso de maquinaria u otro tipo de carga, y permite realizar un diagnóstico cualitativo del suelo a partir de su capacidad de retención de humedad. El contenido de humedad volumétrico no siempre es un buen indicador de la condición hídrica del suelo, ya que las tensiones a que está retenida el agua del suelo dependerá de las características físicas y mecánicas de los mismos.

Figura 1. Contenido de humedad volumétrica y en tensión de columna de agua (pF).

Presiones medias de contacto σ0 .

En el cuadro 1, se pueden observar las diferencias entre las presiones medias de contacto en los distintos suelos estudiados. Al aplicar una carga sobre un suelo, el valor de σ0 varía según el

contenido de humedad, si el suelo presenta una mayor resistencia, su deformación es menor, el neumático es soportado por una menor superficie de contacto y por lo tanto la presión media de contacto es mayor por unidad de superficie. Esta diferencia en la presión de contacto tiene directa relación con la profundización de las tensiones en el suelo y está determinada en gran medida por la tensión mátrica a la que están sometidos los suelos.

Cuadro 1. Análisis textural de suelos analizados y presión media de contacto.

Propiedad Unidad Época Udivitrand

(Sta. Elvira

Hapludand (Río Bueno)

Palehumult (La Unión) Presión media de contacto

(σ0) rueda trasera tractor

agrícola. kPa Invierno 45.78 46.65 53.81 Verano _{48.79 52.39 65.51} Arena % 45 15 6 Limo % 38 48 26 Arcilla % 17 37 68 Materia Orgánica % 16.3 12.2 5.5 Densidad aparente Mg.m-3 _{0.59 0.62 1.16}

El Udivitrand, que esta formado por cenizas volcánicas recientes (Cuadro 1), las presiones de contacto no presentan una diferencia importante al variar la tensión del suelo, este suelo por presentar un mayor porcentaje de partículas gruesas, se comporta como un suelo arenoso, es decir las variaciones de tensión matricial no son estables y dependen directamente de las condiciones climáticas del lugar, una pequeña lluvia disminuirá la tensión de humedad, pero esta tensión para estos suelos no es relevante, ya que por poseer poros de gran tamaño, existe una pequeña cantidad de meniscos de agua, por lo que la estabilidad mecánica esta mas bien dada por la cantidad de puntos de contacto entre las partículas y la forma de estas. El Hapludand,

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 0 – 15 15 – 30 0 – 15 15 – 30 0 – 15 15 – 30 0 – 15 15 – 30 0 – 15 15 – 30 0 – 15 15 – 30

Invierno Verano Invierno Verano Invierno Verano

Palehumult Hapludand Udivitrand

Humedad (Bv) 0 1 2 3 4 5 Humedad (pF) Humedad (Bv) Humedad (pF)

derivado también de cenizas volcánicas pero con mayor contenido de arcilla, tiene partículas de formas aristadas, las que se encajan unas con otras, presentando un alto numero de puntos de contacto, lo que le confiere una alta resistencia mecánica, especialmente con bajos contenidos de humedad, que es cuando el suelo se encuentra con agua retenida a menores valores de tensión mátrica, esto unido al hecho de presentar una alta porosidad total, provoca que esta agua actúe como lubricante entre las partículas de suelo, provocando deslizamientos sobre ellas y una mayor deformación del suelo, con lo que la rueda del neumático se sustenta sobre un área mayor haciendo disminuir el valor de la presión media de contacto. El Palehumult es un suelo que presenta una baja estabilidad al agua, en estado saturado de modo que en invierno la deformación es mayor que bajo condiciones de menor humedad. Bajo las condiciones estivales las arcillas se mantienen unidas entre sí por la fuerza del menisco de agua que queda entre ellas, lo que explica que el suelo oponga una mayor resistencia a la carga aplicada en superficie, de lo que se obtiene mayores valores para σ0.

En la figura 2 se observa la mayor porosidad total y de agua útil para el Hapludand y una leve disminución de la porosidad total y de los poros de agua útil, este efecto es mas notorio para la época de invierno, además esta es una característica de suelo altamente variable por efectos antrópicos, por el laboreo de suelos bajo ciertas condiciones de suelo y el estado de saturación de estos por lo que se considera solo en términos cualitativos.

En el Udivitrand, que presenta una gran porosidad gruesa, lo que explica su comportamiento hídrico, este suelo al ser traficado disminuye en forma leve su porosidad total e incluso se genera un aumento de la fracción de poros de agua útil (figura 1), esto esta dado por un asentamiento de este suelo al ser traficado. El Palehumult presenta los menores valores de porosidad total y una disminución en los valores de porosidad total, en magnitudes mayores para el caso del estado más húmedo que en el estado mas seco, aunque hay un aumento de la porosidad de agua útil en la primera capa en verano bajo tránsito, la que se origina por la fuerte contracción en estos suelos al secarse, con la consiguiente formación de micro grietas y por tanto un efecto aparente de aumento de la porosidad. En el Hapludand el volumen poroso disminuye significativamente hasta los 15 cm. de la misma forma que en los suelos analizados anteriormente, el asentamiento del suelo va acompañado de una redistribución de los poros, disminuyendo significativamente los poros gruesos hasta los 30 cm. Los poros finos aumentan hasta los 40 cm.

Figura 2. Variación de la porosidad por efecto del tráfico. Análisis cualitativo de la porosidad.

Este análisis cualitativo puede ser hecho a partir de la conductividad hidráulica de los suelos (Figura 3), que depende directamente de la porosidad o más exactamente de la geometría y de la continuidad del sistema poroso, que a su vez depende de su estabilidad, duración en el tiempo de la carga externa y de la estabilidad mecánica del suelo.

En el Udivitrand en estado saturado esta pérdida de tipo cualitativa en la porosidad se debe al efecto del patinaje y por ende batido del suelo bajo las ruedas en sus primeros centímetros, y en estado seco por la pulverización de las partículas superficiales de suelo lo que provocaría un “sellado” en su superficie, así además se explica por que aunque hay una disminución mayor tanto en porosidad total como en la fracción de porosidad útil en la época de verano (Figura 2), y por otra parte la conductividad hidráulica es mayor en verano que en invierno bajo tránsito. En el Udivitrand la disminución en la conductividad hidráulica es generada por una disminución en el

0 25 50 75 100

Invierno Verano Invierno Verano Invierno Verano

Palehumult Hapludand Udivitrand

PT st % PT ct %

PAU st %

PAU ct %

PT: Porosidad total. PAU: Poros de agua

útil.

st: Sin Tránsito. ct: Con Tránsito.

porcentaje de poros de drenaje rápido, este valor es menor en el estado mas seco a pesar de la formación de las grietas antes mencionada, porque no existe una adecuada continuidad en el sistema poroso, y ya que el suelo presenta una mayor capacidad de soporte, la reducción en los valores de conductividad hidráulica es proporcionalmente menor que la reducción en los valores en el estado mas húmedo, lo que acusa un efecto negativo del tránsito cuando este se realiza con un mayor contenido de humedad, incluso cuando este no llega a saturar el suelo. La conductividad hidráulica disminuye en un 13%, 81%, y 13% hacia las capas más profundas, este suelo merece una especial atención, ya que por tratarse de suelos arcillosos, altamente inestables al agua, su sistema poroso colapsa con el incremento del agua en su interior, y esto provoca esta disminución en los valores de conductividad hidráulica. Llama la atención la disminución en la segunda capa, lo que revela la formación de un piso de arado, y su efecto negativo sobre el suelo. En el Hapludand se observó una reducción de un 73% en el valor de K, en la primera capa, lo que afecta a la conservación del suelo, puesto que si el agua no puede infiltrar se acumulará en la superficie produciendo escurrimiento con la consiguiente erosión. En las capas inferiores la disminución alcanzó un 45.7 y 12,5% respectivamente, lo que indica que los efectos de las presiones se atenúan en las capas más profundas, ya que el suelo presenta mayor resistencia mecánica; sin embargo, esta reducción modifica las relaciones hídricas en el suelo, y puede tener efecto sobre los potenciales hidráulicos e incluso, generar flujos preferenciales.

Hay un efecto sobre la cantidad de agua que el suelo esta capacitado para entregar a las plantas a través de la porosidad de agua útil, una vez mas el efecto debería ser mas negativo en el Palehumult, por su bajo porcentaje de poros de agua útil.

Figura 3. Conductividad Hidráulica en fase saturada, y su variación por efecto del tránsito.

Isolíneas de tensión y propiedades mecánicas de suelo.

Un efecto muy importante es determinar hasta donde las presiones generadas en la superficie son transmitidas en las capas más profundas a través del sistema trifásico del suelo, y hasta donde alcanzan los efectos sobre la calidad estructural del suelo. Para esto se analizaron las líneas de tensión y cómo se mueven en el perfil analizado. Para todos los gráficos analizados en la figura 4, la cual muestra la formación de líneas equipotenciales de presión, el eje y corresponde a la profundidad, z (cm) en función del radio mayor de la elipse de contacto, a (cm); el eje x (cm) corresponde a la posición horizontal desde el centro de carga en función de a (cm);

y σ0 es la presión media de contacto. En suelos saturados la transmisión de las presiones

producida con una carga es isotrópica debido a presiones neutrales, es decir agua libre del suelo que soporta parte de la carga. En estos casos la distribución espacial de las tensiones. Pero una vez desplazado el agua debido a una gradiente hídrica, la distribución de las tensiones es anisotrópica porque la propagación de las tensiones se efectúa por los puntos de contacto entre los sólidos y como se mencionó anteriormente la estabilidad mecánica en los Andisoles se asocia al grado de encaje de las unidades estructurales.

Las partículas primarias y secundarias de estos suelos son rugosas y aristadas como el vidrio volcánico. Asimismo la distribución espacial de las partículas por forma y tamaño es heterogénea, de modo que este altera el número de puntos de contacto entre sólidos. Por estos puntos se produce la propagación de las tensiones en el suelo.

61,4 _30,8 18,2 78,9 73,5 54,3 54,1 28,1 23,0 1,4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 – 15 15 – 30 0 – 15 15 – 3 0 0 – 15 15 – 3 0 0 – 15 15 – 30 0 – 15 15 – 30

Invierno Verano Invierno Verano Invierno

Palehumult Hapludand Udivitrand

K (m/día) 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 100 Reducción ( % ) K st (m/día) K ct (m/día) Reducción ( % )

Durante el invierno, cuando el Hapludand está parcialmente saturado, las isobaras de tensión profundizan más que en las otras estaciones. Las líneas tienden a concentrarse alrededor de un eje vertical, mientras que en el verano, las tensiones se disipan sobre un eje horizontal y la penetración es menor. En la superficie se generan altas presiones pero el suelo tiene mayor estabilidad mecánica que en el invierno (Cuadro 2), y no se transmiten en las capas más profundas En la primera capa, que presenta un alto contenido de humedad, aumenta la interfase suelo-rueda, la presión es soportada por un mayor volumen de suelo, las presiones serán altas y las líneas tiendan a concentrarse en el eje vertical y profundizar más.

Cuadro 2. Características físico mecánicas de los suelos estudiados.

Suelo Época Profundidad

(cm) Capacidad soporte (kPa) Ángulo de fricción Cohesión (kPa) Palehumult Invierno 0 – 15 71.25 46.04 16.90 15 – 30 115.40 26.37 39.67 Verano 0 – 15 140.0 71.23 62.64 15 – 30 124.0 68.80 57.61 Hapludand Invierno 0 – 15 76.9 35.8 29.9 15 – 30 86.5 37 26.6 Verano 0 – 15 96.1 45.4 37.2 15 – 30 140.9 42.1 26.5 Udivitrand Invierno 0 – 15 86.3 48.7 7.1 15 – 30 92.0 50.2 9.1 Verano 0 – 15 84.0 46.2 9.5 15 – 30 118.3 50.4 14.8

En la segunda capa, se observa un cambio en la dirección de las isobaras, hacia el eje horizontal. La profundización de la isobara de 0.8 σ0 (37.31 kPa) llega hasta 1.25 z/a (40.26 cm).

Una clara orientación alrededor de un eje horizontal se observa en la tercera capa, debido a que la presión aplicada es menor a la capacidad de soporte en esta profundidad (92.3 kPa). En las capas 1 y 2, las capacidades de soporte son superadas por la carga efectiva, debido a las presiones generadas en la superficie. A estas propiedades se suma además, la estabilidad dada por el sistema radical extenso, puesto que una alta intensidad de arraigamiento permite el amarre de las unidades estructurales del suelo.

Para la experiencia en el Palehumult (Figura 4), cuando el suelo está parcialmente saturad o hasta los 40 cm, la isolíneas de tensión tienden a concentrarse alrededor de un eje vertical, pero llama la atención la orientación horizontal de las tensiones en la segunda capa (E2). La forma de la curva coincide con la obtenida por Castro (1996), para un suelo Palehumult de la Serie Collipulli, compactado en invierno. Un antecedente para comparar con el resto de las estaciones es que la isobara de 0,8 σ0 (43,04 kPa) llega a una profundidad de 1,25 z/a (36,25 cm). Las

diferencias en la distribución de las isolíneas de tensión en el perfil se deben a los cambios en la capacidad de soporte del suelo y la cohesión interna (Cuadro 2). La primera capa (E1), tiene una capacidad de soporte inferior a la presión ejercida por el tractor, lo que provocó un asentamiento o ahuellamiento. La segunda capa presenta una mayor resistencia mecánica, se podría inferir la existencia o el comienzo de un piso de arado, ya que tiene un coeficiente de preconsolidación de 115,4 kPa y una cohesión interna de 39,67 kPa. A raíz de esto se explica una orientación horizontal de las tensiones. Por otra parte, como en la primera y segunda capa el contenido de agua satura en parte a los poros de drenaje, lo que pudo haber influido en la distribución de las tensiones, ya que como la conductividad hidráulica de este suelo es baja y el agua no es compresible, sustenta parte de la carga, lo que produce una distribución hidrostática de las tensiones.

En la condición de verano, cuando el suelo está seco se observa que las tensiones se agrupan alrededor de un eje horizontal, y penetran hasta 0,7 x/a. En la superficie se presentan altas presiones, que superan a los 130 kPa, pero como el suelo tiene una gran estabilidad mecánica, estas no se transmiten en las capas más profundas.

Figura 4. Distribución de tensiones en el perfil de dos de los suelos analizados.

En esta condición, la isobara de 0,8 σ0 (52,41 kPa) llega sólo a una profundidad de 0,62 x/a

(16,74 cm), no se produce un ahuellamiento del suelo, como ocurre en condiciones de mayor humedad, ya que la capacidad de soporte y cohesión interna del suelo es lo suficientemente alta (140 kPa y 62,64 kPa, respectivamente), como para soportar las presiones ejercidas por el peso del tractor.

En el Udivitrand (figura 1) la isobara de 0.80 σ0 (37 kPa) penetra hasta 1.15 z/a (36 cm) en el suelo y a 0.66 z/a (21 cm) disipa la isobara de 2.4 σ0 (110 kPa). En el centro de la huella, a una

profundidad de 0.67 z/a (21cm) la tensión supera los 129 kPa. El ancho de huella a 0.67 z/a (21 cm) de profundidad donde la tensión es igual o superior a 0.4 σ0 (18 kPa) alcanza los 25 cm. En

la capa superficial las isobaras de tensión se orientan sobre un eje vertical, debido a la menor capacidad de soporte del suelo, respecto a la carga aplicada, lo que significa un asentamiento del suelo hasta los 19 cm; en cambio en la segunda capa (19 - 27cm) las isobaras se distribuyen sobre un eje más horizontal. El cambio en la orientación de las isolíneas de tensión coincide con el incremento en la capacidad de soporte del suelo. En la tercera capa (27 - 47 cm) se observa una variación hacia la verticalidad de las isolíneas de tensión, coincidentemente con una disminución en la capacidad de soporte. Las isobaras de tens ión no penetran hasta la capa cuatro (47 - 59 cm). A esta profundidad se encuentra una capa de gravilla y la capacidad de soporte es cercana a los 142 kPa, suficiente para soportar la carga que esta disipada y por tanto disminuida en las capas más profundas.

-2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Posición horizontal respecto al centro de carga (x/a)

-2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 P ro fu n d id a d ( z/ a) Palehumult Verano. C.S. = 140 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Posición horizontal respecto al centro de carga (x/a) -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 P ro fu n d id a d ( z /a ) E1 E2 E3 E4 Hapludand Invierno C.S.= 73.1 C.S.= 80.7 C.S.= 92.3 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Posición horizontal respecto al centro de carga (x/a)

-2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 P r o fu n d id a d ( z/ a ) E1 E2 E3 Hapludand Verano C.S.= 96.1 C.S.= 85.1 C.S.= 140.9 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Posición horizontal respecto al centro de carga (x/a) -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 P ro fu n d id ad ( z/ a ) E1 E2 E3 E4 C.S. = 71,25 C.S. = 115,40 C.S. = 97,50 C.S. = 106,08 Palehumult Invierno.

Isobaras representadas en unidades de presión de contacto z: Profundidad

x: Distancia eje rueda (cm) a: Semieje mayor elipse de contacto C.S.: Capacidad de soporte (kPa)

CONCLUSIONES

− El volumen total y la distribución por tamaño de poros se modificaron con el tráfico, observándose una disminución de la macroporosidad e incremento de la porosidad fina. En invierno se ve un aumento de los poros finos, en detrimento de los poros medios y gruesos. La pérdida de porosidad gruesa se asocia con una menor aireación e infiltración del agua.

− La cohesión estructural aumenta en los sitios sometidos a tránsito en la primera capa en invierno por el encaje entre las partículas estructurales.

− La conductividad hidráulica en fase saturada de un suelo que describe la funcionalidad de su sistema poroso presentó una disminución de su monto en los sitios transitados.

− Los cambios anteriores son más críticos en el caso del Palehumult transitado en invierno.

− La pérdida de porosidad gruesa hace que baje el valor de conductividad hidráulica, y esto se interpreta como una perdida en la calidad de los suelos.

− La distribución de las líneas de tensión, están directamente relacionadas con las condiciones de humedad del momento en que se realizan, en función de las propiedades mecánicas y características físicas de los suelos analizados, y de la carga aplicada, por lo tanto los efectos negativos sobre la porosidad tienen un fuerte efecto antrópico.

REFERENCIAS

Arocena J. 1998. Effects of soil compaction and organic matter content on soil moisture retention

characteristics. 16th World Congress of Soil Science, Montpellier, France.

Ellies A.; Ramírez C.; Mac Donald R. 1994. Modificaciones estructurales por efecto del tiempo

de uso en un Hapludand. Agro Sur (Chile) 22(1): 23-32.

Ellies A.; Horn R.; Smith R. 1996. Transmisiones de presiones en el perfil de algunos suelos.

Agro Sur (Chile) 24 (2):149-158.