Física de Suelos Estructura Agua del Suelo

Física de Suelos

Estructura – Agua del Suelo

Edafología 2018

Dr. Ing. Agr. Omar A. Bachmeier

Estructura

Estructura

Agua del Suelo

Retención de Agua

Fenómenos involucrados:

▪ Adsorción

• s/ iones y sup. coloidales



Agua Pelicular

▪ Capilaridad

• en poros (< 6-10 m)



Agua Capilar

Retención de Agua

Fenómenos involucrados:

▪ Adsorción

Retención de Agua

Fenómenos involucrados:

▪ Capilaridad

Retención de Agua

Fenómenos involucrados:

▪ Capilaridad

) (

15 , ) 0

( cm r cm

h 

T = tensión superficial θ = ángulo de contacto ρ = densidad del líquido g = aceleración gravedad r = radio del tubo



 

g r

·cos

h 2 T

Retención de Agua

El suelo "succiona" el agua, disminuyendo su energía libre (-G), respecto de agua en

estado estándar.

- G

^ succión capilar

- G

^ succión pelicular

- G

^ succión matriz

Contenido - Unidades

s w s

w

g g

m w  m

s w

s w

g g

m W m

100 100

%  

3 s 3

w s

w

m m

V

 V



s 3

w s

w

cm cm

V

 V



… y ambas se vinculan mediante la Dap.:

) cm / g ( Dw

) cm / g ( Dap 100

% W

3 3





   w Dap

Contenido - Unidades

pr pr

pr ,

w

m ó mm

S Lam  V

500 m

Calcule la lámina aplicada…

10.000 m

Contenido – Valores Característicos

Saturación

Capacidad de Campo (30 kPa, 0,3 bar) Humedad Equivalente (100 kPa, 1 bar) Capacidad a la Marchitez Permanente.

AFU AU

(1500 kPa, 15 bar)

Potencial - Unidades

Potencial: Indica el estado físico- químico del agua o sea, su estado energético.

Es una medida de Energía Libre:

x unidad de masa

x unidad de volumen

x unidad de peso

Potencial - Unidades

z h

H

g o

m t

g o

m t

































Ep/vol: bar; kPa; atm (Succión)

Ep/peso: cm (Carga)

Potencial - Unidades

Equivalencias entre unidades de expresión del estado energético del agua del suelo.

Estado hídrico del suelo

Cerca sat CC CMP

Unidad Ep/masa:

Joule kg^-1 -0,1 -30 -1500

Ep/vol.:

kPa -0,1 -30 -1500

bar -1x10^-5 -0,3 -15

Ep/peso:

cm -1 -300 -15000

Curva Característica de Humedad

0.01 0.1 1 10 100

Potencial (-bar)

0 10 20 30 40

50 W (%)

Profundidad:

0-15 cm 15-30 cm 30-45 cm Función

Haplustol éntico, Franco Limoso,

Perfil A, AC, C_k. (INTA Manfredi)

(CCH)

CCH – Efecto textura y estructura

Fr-Arc Fr-Are

Fr-Are (Compactado)

CCH – Efecto textura y estructura

Movimiento de Agua

 densidad de flujo

o velocidad lineal de flujo o, simplemente, “flujo”

dz A dH dt

dV  

dz A dH dt K

dV   

Como la conducción es normal al área A:

dz K dH A

dt

dV  



A q dtdV 



dz K dH q   A

dh

dz

Ley de Darcy

K q

dz 1

dH  , 

cuando

Conductividad Hidráulica (K)

Función de:

• Porosidad total.

• Distribución de tamaños de poros.

• Geometría de los poros.

• Expansión/contracción de arcillas.

• Viscosidad solución de suelo.

Flujo en Suelos Saturados

L

L h V  t

L K h t

A

q V 

 

h

Flujo Horizontal

0 q

, 0

h  

Si

dh/dx q

 ^{ Ks}

 

dx dh q

Flujo en Suelos Saturados

L _ ^





 



  

L z K h

q

h

Flujo Vertical

K

q , 0

h  

Si

dh/dx q

z

z

 ^{ Ks}

 

dx dh q

K_s

 





 



 

dz K H

q

Flujo en Suelos Saturados

De donde:

➢ en ausencia de gradiente de carga hidráulica, la única fuerza directriz es la carga gravitacional.

➢ El movimiento de agua a saturación en columnas de suelo verticales se debe a:

➢ la diferencia de presión de agua entre los extremos,

➢ la acción de la gravedad.

Flujo en Suelos No Saturados

L

h

Flujo Horizontal

Flujo en Suelos No Saturados

-h L

Flujo Horizontal

dh

Flujo en Suelos No Saturados

-h

-h

L

dh

   





2 1

1 2

h h

h

h h

dh













dx K dh

q  

En suelos insaturados: agua bajo presión ()

Succión o Potencial

K _(h)

dh/dx q

En suelos saturados (h=0):

En suelos insaturados (h0):

dh/dx q

0 h 

cm 300 h  

cm 1000 h  

cm

10000

h  

K _(h)

dh/dx q

0 h 

cm 150 h  

cm 550 h  

cm 950 h  

h

h

h

- h

-200 -100 -100 -150 -600 -500 -100 -550 -1000 -900 -100 -950

h

0

h  _{h   150 cm h   550 cm h   950 cm}

Función K _(h)

Ecuaciones Generales de Flujo

De las expresiones para las variaciones en E

entre dos posiciones del perfil, surgen la ecuaciones generales:

dx K d

q  



dz K d

q  



dx K dh

q  

dz K dH q  

Flujo horizontal: Flujo vertical:

Infiltración

Entrada de agua al suelo a través de la interfase atmósfera-suelo.

Proceso complejo, que comprende:

• Humedecimiento del suelo

• Flujo saturado

• Flujo insaturado

Infiltración

Depende de:

• Humedad inicial

• Distribución de tamaños de poros

• Estabilidad estructural

• Capacidad de almacenaje del suelo

Infiltración

dz K dH

i  

Por encima de la zona de avance: zona de transmisión, allí dh  0

En esa zona: i = -K_h

Redistribución

K

i  

dz K dH

i  

Infiltración Suelos Estratificados

dx K dh

i

 

dz K dH

i_   _h

dz K dH

i

 