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Revista Científica UDO Agrícola Volumen 9. Número 4. Año 2009. Páginas: 937-950

 

Humedad compactante y sus implicaciones agrícolas en dos suelos franco arenoso de sabana del estado Monagas, Venezuela

 

Venezuela Monagas state two sandy loam savanna soil compaction wetness and its agricultural implications

 

Américo HOSSNE GARCÍA, Yosmer Noel MAYORCA JAIME, Luis Daniel SALAZAR BASTARDO, Fernán Andrés SUBERO LLOVERA y Angela Maryelis ZACILLO CONTRERAS

  

Universidad de Oriente, Núcleo de Monagas. Apartado Postal 414, Maturín, Estado Monagas, Venezuela Zona 6201-A E-mail: americohossne@cantv.net     Autor para correspondencia

 

 

RESUMEN

 

La compactación es un proceso que causa un aumento de la densidad aparente, acompañada por una disminución en el volumen de aire. La compactación de los suelos agrícolas está en relación con el tamaño de los agregados, humedad del suelo, los procesos de manejo y del estado biótico en que se encuentran. Para el manejo y utilización de los suelos agrícolas es necesario conocer sus condiciones de humedad para un mejor empleo sin causar cambios estructurales agrícolas desfavorables. Los suelos arenosos o francos arenosos son altamente susceptibles a la compactación sobre todo en las capas superiores. El proceso es influenciado por la humedad y la energía compactante producto de los mecanismos energizantes; en especial, aquellos originados por la mecanización y el proceso de contracción-expansión. El objetivo general consistió en estudiar la compactación por proceso energizantes con fines de manejos apropiados de dos suelos de sabana. Los objetivos específicos fueron: (a) Determinar la energía de compactación (E_C), la densidad aparente seca óptima (r_S(óptima)), la humedad óptima (w_óptima) de compactación, la densidad seca in situ (r_S(insitu))_, el volumen de aire óptimo (V_Va(óptima)), la compactación relativa (R_C) y la solidez óptima (i_S(óptima)), (b) Las correlaciones e implicaciones en los procesos de mecanización y crecimiento de las plantas. Metodológicamente en cada condición de suelo se usó la prueba de compactación AASHO, se agregaron las rectas de saturación a 100 %, 95 % y 80 %, el análisis de regresión para interpretar la proporción de la variación entre los parámetros de las curvas de regresión y el análisis de varianza y la prueba de la mínima diferencia significativa. Entre los resultados con un E_C de 16,49 kg*cm*cm^-3 (1,62 MJ·m^-3) se obtuvo: una r_S(óptima) entre 1,736-1,832 g/cm³, w_óptima entre 8,74-11,65, r_S(insitu) entre 1,582-1,749 g/cm³_, V_Va(óptima) entre 13,74-15,70%,  R_C entre 91,13-95,47% y i_S(óptima) entre 66,05-69,61%. Se concluyó que la humedad de compactación óptima se encontró cercana y dentro de la capacidad de campo y por debajo del límite plástico. Siempre habrá suficiente aire en los poros para el desarrollo radicular.

 

Palabras clave: Compactación, Prueba Proctor, densidad aparente, volumen de aire, solidez del suelo

 

ABSTRACT

 

The compaction process causes an increase of the apparent density, accompanied by a decrease in the volume of air. The agricultural soil compaction is in direct relationship with the size of the soil particles, soil humidity, the handling processes and the soil biotic state. For the handling and use of the agricultural soils, it is necessary to know its conditions of humidity for a better employment without causing unfavorable agricultural structural changes. The sandy or sandy loam soil is highly susceptible compaction, mainly in the superior layers. The process is influenced by the humidity and the compaction energy product of the energizing mechanisms; especially, those originated by the mechanization and the contraction-expansion process. The general objective consisted on studying the compaction dew to energizing process with ends of appropriate handlings of two savanna soil. The specific objectives were: (a) To determine the compaction energy (E_C), the optimal dry apparent density (r_S(optima)), the optimal compaction humidity (w_optima), the insitu dry apparent density (r_S(insitu)), the optimal air volume (V_Va(optima)), the relative compaction (R_C) and the optimal soil solidity (i_S(óptima)), (b) The correlations and implications in the mechanization processes and plants growth. Methodologically in each soil condition the compaction AASHO test was used, the saturation straight line were added to 100%, 95% and 80%, the regression analysis to interpret the proportion of the variation between the parameters of the regression curves and the variance analysis and the test of the minimum significant difference. Among the results with E_C of 16,49 kg*cm*cm^-3 (1,62 MJ·m^-3), it was found: r_S(óptima) 1,736-1,832 g/cm³, w_óptima 8,74-11,65, r_S(insitu) 1,582-1,749 g/cm³, V_VA(óptima) 13,74-15,70%, R_C 91,13-95,47% and i_S(óptima) 66,05-69,61%. On concluded, that the optimal compaction soil water content was at or near the field capacity and below the plastic limit. The root development will always counts with air.

 

Key words: Compaction, Proctor test, apparent density, air volume, soil solidity

INTRODUCCIÓN

 

La compactación produce alteraciones en las condiciones físicas y mecánicas produciendo cambios en las relaciones óptimas que deben existir entre la planta, el suelo, el contenido de nutrientes, el contenido de agua y aire. Para el manejo y utilización de los suelos agrícolas, es necesario conocer sus condiciones de humedad para un mejor uso sin causar cambios estructurales agrícolas desfavorables. Los suelos agrícolas de sabana son demasiado sensibles a la compactación y al encostramiento que ameritan investigaciones por cuanto, inclusive, las lluvias producen la formación de costras en estos suelos que por muy delgadas que sean impiden la infiltración y el desarrollo radicular. El estado de compactación de los suelos es considerado particularmente importante en la restricción al crecimiento de las raíces, y como el contenido de humedad del suelo y su interacción con la densidad aparente tiene una marcada influencia en las proporciones de alargamiento de la raíz, las condiciones de humedades típicas deben usarse en la evaluación del estado de compactación del suelo (Maurya y Lal, 1979).

 

McBride (1989) recomendó que el modelaje de la susceptibilidad del suelo a la compactación pudiera contribuir a mejorar la predicción y entendimiento del comportamiento compresivo observado, y era una importante área que cada día abarca la investigación en el mundo en donde la agricultura mecanizada es cada día más practicada. La compactación de los suelos arenosos es producto del arreglo de sus partículas. Las arcillas caoliníticas normalmente conforman arreglos gruesos debido al acomodo de sus capas produciendo una baja superficie específica, pero siempre proporcionan mejor aireación que los suelos con partículas mucho más finas. De acuerdo Dertour et al., (1993)  la resistencia al aplastado y encogimiento potencial de los agregados de 2 a 3,4 mm fueron medidos con el fin de estudiar la implicación de los elementos estructurales en el proceso de compactación. Sus resultados, mostraron que el tamaño de los agregados no tiene efecto importante sobre el aspecto general de las curvas de compresión, y la compresibilidad de los agregados grandes es función sobre todo de la retención de agua y la intensidad de la carga aplicada. Los suelos de granos finos necesitan más agua para alcanzar compactación óptima que los suelos de granos gruesos. Braunack et al., (1979) reportaron que los agregados más pequeños tienen una tensión de tracción mayor que la de los agregados más grandes; es decir, los estratos de agregados pequeños serían menos fácil compactados que los estratos de agregados más grandes bajo el mismo contenido de humedad. De acuerdo a Mcbride (1989) los parámetros densidad, humedad y las funciones de tensión con fuertes influencias de la humedad, textura, contenido de materia orgánica y los índices de Atterberg son las variables independientes predominantes. Faure (1981) determinó dos puntos en la curva densidad seca versus contenido de humedad que corresponden a los límites líquidos y plásticos. Parece ser que por debajo del límite plástico, la compactación se alcanza independientemente del contenido de humedad, y la máxima densidad se logra en un punto cercano al límite líquido.

 

Normalmente se les caracteriza a los suelos franco arenoso con una densidad aparente seca promedio de alrededor 1800 kg/m³ y una densidad de las partículas de 2630 kg/m³; esto genera un espacio poroso de 31,56 %, relación de solidez de 68,44 % y un volumen de aire del 10% para w = 12 %. Esta condición física está considerada por la bibliografía como un suelo compactado, con una porosidad inadecuada para las plantas; en cambio, para un suelo franco arcilloso con una densidad aparente seca de 1550 kg/m³ y una densidad de las partículas de 2600 kg/m³, genera un espacio poroso de 40,38 %, relación de solidez de 59,62 % y un volumen de aire del 14% para w = 17 %. A éste no se le considera compactado producto de su mayor superficie específica debido a poros muy pequeños, el agua domina y el contenido de poros aeríferos posiblemente no son satisfactorios para el crecimiento de las plantas (Daniels, 1997). El objetivo de este trabajo consistió en determinar la densidad aparente y humedad óptima, la energía de compactación, el volumen óptimo de aire, la compactación relativa, la solidez óptima y las correlaciones e implicaciones agrícolas.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

 

Este estudio se realizó en dos sitios diferentes de las sabanas del Estado Monagas en Venezuela, situada a 147 m.s.n.m. y coordenadas geográficas de 9° 41´ 33´´ latitud Norte y 63º 23’ de longitud Oeste; con una precipitación anual de 1127 mm y una temperatura media anual de 27,5 ºC. Bajo una vegetación típica de sabana: chaparro (Curatella americana) (Dilleniaceae), merey (Anacardium occidentale) (Anacardiaceae), paja peluda (Trachypogon sp. y Axonopus sp) (Graminea), manteco (Byrsonima crassifolia) (Malpighiaceae), mastranto (Hyptis suaveolens) (Lamiaceae), Gramineas, Ciperaceas, etc. El área de trabajo seleccionado del suelo en estudio pertenece a las condiciones de un Ultisol y al subgrupo de los Oxic Paleustults familia de temperatura Isohipertérmico (Espinoza, 1970). El Cuadro 1 muestra las características físicas del suelo estudiado. El tamaño de las partículas se encuentra en el rango establecido por Estrada (1965). En la Figura 1 se evidencia la mayor representatividad de arenas de ese suelo en especial las arenas finas, con  una mayor existencia de los componentes más finos. Estos suelos son utilizados en la explotación de muchos rubros, con labores de encalado y fertilización, como maíz, sorgo, yuca y pastizales. Entre los cationes cambiables se encuentre el Ca con 0,28-0,79 y Al con 0,68-0,96 m.e.q./100 g de suelo.

 

 

 

 

 

Cuadro 1. Componentes físicos en porcentajes y diámetro de las partículas en mm de dos suelos estudiados de sabana del Estado Monagas.
Contenido	Suelo 1		Suelo 2		Diámetro de las partículas
	0 - 300 mm	300- 600 mm	0 - 300 mm	300- 600 mm
	%	%	%	%	mm
Arena muy gruesa	0,18	0,37	1,77	0,50	1,411
Arena gruesa	2,87	1,93	22,43	6,58	0,72
Arena media	8,90	7,49	24,01	10,94	0,37
Arena fina	30,72	7,22	22,13	27,74	0,1511
Arena muy fina	10,51	14,06	6,97	8,39	0,07
Arena total	53,18	31,07	78,51	60,15
Limo	34,62	52,73	18,23	29,65	0,053
Arcilla (caolinita)	12,2	16,2	5,2	10,2	0,024
Materia orgánica	1,29	0,86	0,49	0,46
Clase textural	Franco arenoso	Franco limoso	Franco arenoso	Franco arenoso

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            Los dos suelos estudiados tienen un contenido de arcillas caoliníticas que acrecientan al profundizar y la retención de agua también aumenta. Al respecto, Gaspar (1983) reportó que para 1/3 de atmósfera, la retención de humedad varió de 7,68 a 12,01% aumentando al profundizar en el perfil del suelo. Faure (1981) estableció que el contenido de agua del suelo es proporcional al contenido de caolinita. Hossne y Salazar (2004) obtuvieron una retención de humedad de 7,68 a 12,01 %, aumentando al profundizar en el perfil del suelo. Es muy común en estos suelos la formación de costras producidas por las lluvias posiblemente debido a la presencia de caolinita y partículas muy finas de arenas. En relación, las terrazas estudias por Lesturgez (2005) mostraron estar cubiertas por hojuelas de silicón y costras de arcillas, hechas principalmente de caolinita. Bielders and Baveye (1995) en su estudio reportaron que la formación de costras en suelos de textura gruesa era iniciada por el desplazamiento de micro agregados u otras partículas pequeñas de las capas lavadas seguidas de su acumulación por esfuerzos mecánicos. Assouline (2002) reportó que debido a la pequeña cohesión inter partículas que resultaba en muy pequeña estabilidad de los agregados, los suelos arenosos son altamente sensitivos a formar superficies costrosas. Ducreux (1984) reportó que el bajo contenido de arcilla del horizonte superior del suelo estudiado de 8 a 12 % y la presencia de caolinita fueron responsables de la tendencia de los agregados a endurecerse a través de la cementación durante la fase del ciclo de secamiento.

 

El muestreo estratificado se basó en el trabajo realizado por Espinoza (1970),  donde se practicó una estratificación de los suelos presentes en el área que corresponden a la Unidad Maturín clasificado con textura superficial franco arenosa. En esta zona se seleccionaron dos áreas que representaron las condiciones de suelos de sabana. Ambos suelos mostraron una textura franco arenoso en el horizonte superficial como lo reportan los valores obtenidos por el análisis hecho en la muestras de suelo. Para la obtención de las muestras se realizó en las áreas representativas un muestreo aleatorio con la excavación de cinco calicatas (60*80*80 cm) a 30 m de distancia entre calicatas. Con el uso del Uhland se tomaron desde cero (0) a cinco (5) muestras cada diez cm para un total de treinta (30) muestras por calicata. Las muestras fueron sometidas a la determinación de la densidad aparente seca y del contenido de humedad  gravimétricamente. El material se desmenuzó, una parte para determinar el perfil fisicoquímico (textura y materia orgánica), y el restante se pasó por el tamiz número 10 (2 mm) para la prueba de compactación.

 

El muestreador Uhland (Figura 2a) utilizado fue el Humbolt modelo N° H-4203.38325, de 8235 g masa total, Barra de 89,50 cm de largo 2260 g, donde se desplazó el martillo de 21,30 cm de altura de 4240 g; en la parte inferior de la barra se acopló el cilindro de 7,10 cm de 1825 g con una tuerca. Equipo de ensayo de compactación Proctor (Figura 2b) con molde modificado de compactación cilíndrico con extensión o collar marca Soiltest, Modelo N° CN-404,  de diámetro referencial de 6 pulgadas (152,5 mm), martillo pistón compactador modificado de 4,54 kg de masa, con una caída libre de 457,2 mm, la cara del golpe del pistón tiene un diámetro de 50,8 mm.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Los parámetros usados y determinados fueron: humedad gravimétrica (w), densidad aparente  seca (r_S), energía de compactación (E_C), número de golpes (NG), número de capas (NC), masa del martillo (WP), altura de caída del martillo (HC), volumen total de la muestra (V_T), gravedad específica (G), densidad del agua (r_W) y relación de solidez (i_S). Las expresiones matemáticas para la energía de compactación, rectas del contenido de vacíos llenos de aire, compactación relativa (Rc), contenido de vacíos llenos de aire óptimo (V_VA(óptimo)), contenido de vacíos llenos de aire (V_VA), volumen de aire en cm³ (V_A), la relación de solidez (i_S), contenido de agua característico de un suelo w_C, contenido de arcilla (A), materia orgánica (MO),  densidad de las partículas (r_p), humedad óptima de compactación (w_òptima), densidad seca óptima g_S(óptima) (kN/m³) y el límite plástico  (w_P):

 

E_C = NG * NC * WP * HC / V_T

 

V_VA = V_A/V_T

(Davison y Sprigman, 2000; Hossne, 2002)

 

(Davison y Sprigman, 2000; Hossne, 2002)

 

Recta de vacíos de aire:

 

Rc = r_S (campo)/r_S (óptima AASHO)

(Berry y Reid, 1998; (Davison y Sprigman, 2000; Soane et al., 1981)

 

i_S = V_S/V_T

(Hossne, 2002)

 

i_S(óptimo) = r_S(óptimo)/r_p

 

w_C = 0,27*A + 1,52*MO

Guérif y Faure (1979)

 

W_óptima = [1,95-0,38*log(E_C)]*w_P 

Gurtug y Sridharan (2004) (suelos arcillosos)

 

g_S(óptima) = 22,68 * e^{-0,0183* Wòptima}

Gurtug y Sridharan (2004) (suelos arcillosos)

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

 

En el Cuadro 2 se presentan los valores promedio in situ y óptimo de la densidad seca (r_S), la humedad gravimétrica (w) óptima, la relación de solidez (i_S), el volumen de vacío lleno de aire (V_VA), la compactación relativa (Rc) y contenido característico de agua (w_C) de dos suelos a dos profundidades. Se observa que en el suelo 2 se produjo niveles mayores, tanto de compactación óptima como de densidad seca in situ que las del suelo 1, esto fue posiblemente al mayor contenido de materia orgánica, limo y caolinita del suelo 1.  El menor valor del contenido de vacío lleno de aire fue para el suelo 1 a la profundidad de 0-30 cm viablemente por su mayor humedad óptima de compactación producto de su alto contenido proporcional de materia orgánica. De acuerdo a Kim (2002) en la atmósfera del suelo se requiere de 3 a 21 % de oxígeno y de 12 a 60 % de poros de aire. Según Pecorari et al., (1993) la presencia de residuos orgánicos posee un efecto protector frente a la compactación de campo. Dentro de la materia orgánica, la fracción ligada adquiere una mayor importancia debido a que aumenta la porosidad textural, modificando el comportamiento global de los suelos frente a la compactación.

 

 

Cuadro 2. Densidad seca in situ, densidad seca óptima, humedad óptima, relación de solidez, volumen de vacíos llenos de aire y compactación relativa obtenidos con el Proctor modificado, y la humedad característica para las muestras de suelo de dos suelos de sabana, en los horizontes 0-30 y 30-60 cm, del Estado Monagas, Venezuela.
Suelo	Horizonte	rS(insitu)	rS(óptima)	wóptima	iS(óptima)	VVa(óptima)	Rc	wC
	cm			%	%	%	%	%
1	0-30	1,582	1,736	11,60	66,05	13,74	91,13	5,26
1	30-60	1,591	1,779	9,43	67,63	15,70	89,43	5,68
2	0-30	1,749	1,832	8,74	69,61	14,51	95,47	2,15
2	30-60	1,672	1,805	9,72	68,57	14,04	92,63	3,45
EC = 16,49 kg*cm*cm-3 (1,62 MJ·m-3) (1649 kN*m*m-3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El suelo 1 mostró menor compactación relativa que el suelo 2 y los valores mayores fueron para el horizonte 0-30 cm. Según diversos autores, cuando la compactación relativa supera el 86-90%, se produce una reducción importante de la proporción de macroporos, afectando al normal movimiento de los fluidos. Esto estaría relacionado a un menor crecimiento y rendimiento de los cultivos (Carter, 1990; Lipiec et al., 1991). Berry y Reid (1998) establecieron los valores típicos entre 90 % y 100 %. A bajo contenido de humedad, hay una línea de tendencia que se puede notar que propensa a un contenido de agua característico (w_C) (Faure, 1974). El suelo 1 a la profundidad 30-60 cm registró un mayor valor de w_C legado por su mayor contenido de caolinita que se puede observar en el Cuadro 1. De acuerdo a Faure (1981) en el caso de la compactación de un suelo rico en caolinita, cuando se aumenta el nivel de energía de compactación, la mezcla es más compactada y w_C es disminuido. Al utilizar las ecuaciones de Gurtug y Sridharan (2004) aplicables a suelos de textura fina, al aplicarlas en promedio a los suelos estudiados con un límite plástico de 13,7% se obtuvo: w_óptima = 9,97% y r_S(óptima) = 1,89 g/cm³ que no se encuentran superiores a los resultados promedios obtenidos. Salazar (1994) determinó que el suelo en estudio tiene un límite plástico de 13,7 %. Los suelos de partículas finas necesitan mayor cantidad de humedad para lograr la compactación óptima que los suelos de partículas más gruesas (Gurtug y Sridharan, 2004).

 

 La Figura 3 presenta las curvas de compactación producto de la correlación de la densidad seca versus la humedad gravimétrica y su posición en relación a las rectas de vacíos de aire o rectas de saturación. La parte húmeda de la curva es asintótica a la línea de saturación que se desplaza a la derecha de la humedad. La recta de 100 % de saturación o 0 % de vacíos de aire mostró que es imposible sacarle todo el aire, las rectas de 0, 10, 15 y 20 % (r² = 0,99) expresan que un 0, 15, 10 y 20 % de aire quedan en el suelo en función del contenido de humedad del suelo compactado. Las funciones r_S = f (w, w², w³) se obtuvieron al aplicar la regresión para cada tratamiento suelo-profundidad, que al optimizarlas produjeron las humedades y densidades secas óptimas. Según Turnbull y Foster (1957), a bajos contenidos de humedad, la densidad seca aumenta o permanece más o menos constante; esto se observa en las curvas de la Figura 3. La naturaleza de la compactación de los suelos agrícolas tiene influencias significativas en el comportamiento del suelo; por ejemplo, al aumentar la humedad de compactación se debe producir un decrecimiento de la permeabilidad en el lado más seco de la curva, y un leve aumento de la permeabilidad en el lado más húmedo de la curva después de la humedad compactante máxima. Esto significa que la permeabilidad de un suelo tiende al mínimo para el máximo de la humedad compactante de un suelo. Este fenómeno explica cuando por ejemplo se hace el rastreo en suelos seco como normalmente sucede en los suelos de sabana del Estado Monagas, lo cual produce un proceso, por ejemplo, de disminuir la infiltración y por ende una mayor compactación al caer las primeras lluvias. También, se ha observado que las muestras en el lado húmedo, el suelo es más compresible, lo que significa menor compactación. Los suelos arcillosos que sufren de contracción e hinchado (Arcillas 2:1), podrían recuperar por sí solos parcialmente su estado de compactación con humedecimiento y secados subsecuentes; en cambio, para estos suelos arenosos con arcillas caoliníticas es más lento si sucede.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lo anterior, no sucede, por ejemplo, en suelos con contenido de arcillas montmoriloníticas (Faure, 1981). Méndez Natera et al., (1998) al utilizar el muestreador Uhland presentaron, en una de sus conclusiones, que la densidad seca tendió acrecentar al aumentar la humedad edáfica; esto es posible debido al efecto Proctor producido por el Uhland (Hossne, 2001); afirmado por Lugo (1995). Este fenómeno ha sido conocido desde hace mucho tiempo para la densidad máxima por Lambe (1958) y Jonson y Sallberg (1962). Los resultados obtenidos permiten visualizar o demostrar lo reportado por Badillo y Rodríguez (1975), Hossne (2001) y Rachavan y Mckkyes (1977) quienes concluyeron que el contenido inicial de agua, además de la energía específica de compactación, son los factores más importantes que influyen en la compactación obtenida para estos suelos. Si una cantidad dada de energía compactante se le aplica al suelo, la densidad obtenida sería mayor para una muestra húmeda que para una seca (ASAE, 1971). Coulon y Bruand (1989) en sus conclusiones establecieron que en los suelos arenosos los poros más pequeños que los correspondientes estructurales o poros biológicos fueron modificados por la compactación y que debido a su bajo contenido en arcillas, puede ser la causa de la susceptibilidad a la compactación. Es por ello que los efectos vibratorios producidos por cualquier apero o instrumentos como por ejemplo las rastras, arado, arado rotatorios y el muestreador Uhland causan compactación. Al efecto Bravo y Andreu (1995) observaron que aun cuando los horizontes subsuperficiales presentan mayor contenido de caolinita (11,5 a 11,8 %), la proporción de arenas finas, muy finas y limo son altas, mayores del 60 %, le confieren a estos suelos una alta susceptibilidad tanto a la degradación superficial (sellado, encostrado, etc.) como a la subsuperficial (compactación). Barber et al., (1989) en sus análisis del límite plástico mostraron que los suelos más susceptibles a la compactación fueron, en general, aquellos con alto contenido de limo, y los menos susceptibles fueron los suelos bien drenados con un contenido de arcilla más limo menor del 18 %. Means et al., (1963) establecieron que los suelos incohesibles pueden ser compactados en condiciones secas, húmedas o sumergidas por los efectos vibratorios como lo favorece el rastreo en estos suelos. Ellos también manifestaron que las arenas medias y finas son más difíciles de compactar cuando están húmedas que cuando están secas o sumergidas debido a las fuerzas de capilaridad; esto es aplicable para estos suelos en estudio. Rachavan et al., (1977) en su estudio de resistencia al corte realizado sobre un suelo arenoso con contenido de humedad desde seco hasta saturado, para presiones normales de 0,17, 0,32 y 61,80  kN/m² con o sin tensión cortante, demostraron que la compactación fue altísima para cada tensión normal, con o sin carga de corte. Bodman y Constantin (1965) utilizando la teoría de acomodo de las partículas, observaron que las partículas más pequeñas como las del limo se pueden acomodar en los espacios entre los granos de arenas y aumentar la densidad aparente.

 

Como se observa en el Cuadro 2 y se visualiza en la Figura 3, los valores óptimos de compactación se obtuvieron entre 8,74 y 11,60 % de humedad gravimétrica que al compararlas con la capacidad de campo de estos suelos que se encuentra 10,3 y 12,8 % (Salazar, 1999; Hossne 2004), se infirió que la máxima compactación ocurre cerca o dentro de la capacidad de campo. Espinoza (1970) determinó la capacidad de campo para el suelo sabana Ultisol de Monagas, encontrando: 11,70 % (0 – 0,2 m), 13,49 % (0,2 m – 0,5 m), 16,89 (0,5 m – 1,0 m) y 19,48 % (1,0 m – 3,50 m), con un promedio total de 15,39 % y entre 0,0 m – 0,5 m de 12,6 %. Al-Kaisi, (2009) reportó que la compactación máxima ocurre cuando la humedad del suelo se encuentra cerca o en rango de la capacidad de campo debido a que la humedad actúa como un lubricante entre las partículas de suelo bajo fuertes presiones. Chancellor (1976) y Ljungars (1977) concluyeron que el contenido de agua es el factor más importante en la compactación causada por el tráfico sobre suelos agrícolas. Holloway y Dexter (1990) concluyeron que el efecto de compactación en los suelos de la Península de Eyre en Australia con suelos francos y franco arenosos ocurre cuando el uso de maquinarias es utilizado con los suelos húmedos. Boekel (1959, 1963) sugirió que la diferencia entre la capacidad de campo y el límite plástico debería utilizarse como un índice de susceptibilidad de compactación.

 

Como ha de esperarse, el volumen de vacío lleno de aire disminuyó al aumentar la densidad aparente seca como se observa en la Figura 4, en donde se puede apreciar que para densidades mayores de 1,40 g/cm³, el volumen de aire empezó a disminuir desde un 20%, y que el suelo 1(30-60 cm) mostró tener valores V_VA menores en relación a la densidad, estabilizándose y creciendo al aumentar la compactación. Esto último es por lo cual el suelo 1(30-60 cm) tiene la menor relación de compactación. Al resolver el sistema de ecuación conformado con la líneas de 10% de aire y 20% de aire y la ecuación de la curva del suelo 1(30-60 cm) se obtuvieron las densidades secas de 1,78 g/cm³ y 1,64 g/cm³ respectivamente. Según Soane et al., (1981) la aplicación de cargas causa mayor pérdida de poros mayores de 10 mm para muestras de agregados que para el caso de suelos imperturbados, el volumen de poros menores de 0,2 mm, muestran poco o ningún cambio cuando se someten a presiones mayores de 400 kPa, tanto para los suelos mecanizados como los imperturbados.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En la Figura 5 se observa que el volumen de aire con respecto al aumento de la humedad gravimétrica, decreció; ya que los vacíos se fueron llenando de agua, haciéndose asintótica con la recta de 90 % de saturación. Siempre teniendo más poros de aires el suelo 1. Seed y Chan (1959) encontraron que las muestras secas de caolinita compactadas tienden a ser más rígidas y fuertes que las muestras húmedas óptimas compactadas. Esto es aplicable a estos suelos sobre todo en la formación de terrones muy duros.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La Figura 6 permitió utilizar cuatro dimensiones conformadas por la densidad aparente seca, la humedad gravimétrica, el volumen de aire y la solidez del suelo. Se avizora que tanto la humedad como la densidad influyen en los vacíos de aire y la solidez. Los mayores valores de la solidez están entre 8 y 9,5 % de humedad. Los valores altos de los vacíos llenos de aire se notan a humedades, densidades y solidez muy bajas. Esto se explica considerando que en los suelos arenosos caoliníticos la cohesión es capilar y a humedades menores del 4 % se deshace el menisco entre partículas y el suelo podría entrar en estado polvoriento si se realizan, por ejemplo, labores como la de rastreo. Esto último está apoyado por Rucks et al., (2004), Walczykova et al., (2002), Fredlund y Rachardjo (1993) y Alonso (2002).  Emerson (1994) reportó que cuando los agregados de caolinita se secan hasta el punto de marchitez, se desmenuzan severamente; ya que las partículas de caolinita son grandes y por lo tanto los poros entre ellas no se llenan de agua en el punto de marchitez. Shoff y Shah (2003) y Ellis (1980) reportaron que un suelo de granos gruesos alcanza densidades mucho más alta que uno de granos finos que requirió de mayor cantidad de agua por alta superficie de área y que un comportamiento típico de la curva de densidad-humedad obtenida para los suelos incohesibles de granos finos uniformes de arena fue la disminución de la densidad al aumentar la humedad en la  porción izquierda de la curva. El punto de marchitez encontrado por Gaspar (1983) fue de 6,19 % y para Fermín (1971) fue de 5,53 % para estos suelos.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Los Cuadros 3 y 4 presentan los resultados del análisis de variancia y la prueba de mínima diferencia significativa. Los mayores valores de la densidad seca fueron de 1,84 g/cm³ para el suelo 2 a la profundidad de 0-30 cm y humedad de 7%, y de 1,83 g/cm³ para el suelo 2 a la profundidad de 30-60 cm y humedad de 9%. Los valores para la densidad óptima compactación como lo muestra el Cuadro 2 variaron muy cercanos pero a mayor humedad óptima de compactación. Los vacíos de aires respectivos fueron de 17,92% y 13,33%. El mayor valor de V_VA fue de 45,14% para el suelo 1 a la profundidad de 30-60 con humedad del 3%. La mayor solidez se produjo entre 7% y 9 % de humedad, y la menor de 46,75 % para humedades entre 4,5 % y 3 %  como se aprecia en la Figura 6. La media general fue para la densidad seca de 1,66 g/cm³, para la solidez de 63,13% y para volumen de aire de 19,63. Aquí se podría apreciar que estos suelos no se pueden compactar a bajas humedades, en las cuales el suelo se desmenuza. De acuerdo a Shoff y Shah (2003), y Ellis (1980) un suelo de granos gruesos alcanza densidades mucho más alta que uno de granos finos que además requiere de mayor cantidad de agua por su alta superficie de área. Un comportamiento típico de la curva de densidad-agua obtenida para los suelos incohesibles de granos finos uniformes de arena es, a bajas humedades en una porción de la curva, la disminución de la densidad al aumentar la humedad. Esto indica que el suelo estudiado es fácilmente compactado, pero siempre habrá aire en el suelo para el desarrollo radicular.

 

 

 

 

Cuadro 3. Análisis de varianza para el volumen de vacíos llenos de aire (VVA), relación de solidez (iS) y densidad seca (rS) ajustada por el efecto combinado profundidad (PRO)*suelo (S)*humedad (w) de dos suelos de sabana del Estado Monagas.
Vacíos llenos de aire (VVA)
Fuente	GL	Suma de cuadrados		Cuadrados medios	F	P
PRO*S*w	31	31188,5		1006,08	69,05	0,0000
Error	224	3263,7		14,57
Media	19,629
CV (%)	19,45
Relación de solidez (iS)
PRO*S*w	31	6250,09		201,616	30,57	0,0000
Error	224	1477,54		6,596
Media	63,125
CV (%)	4,07
Densidad seca (ρS)
PRO*S*w	31		4,32313	0,13946	30,57	0,0000
Error	224		1,02201	0,00456
Media	1,6602
CV (%)	4,07

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cuadro 4. Promedios para el Volumen de vacíos llenos de aire (Vv), Relación de solidez (iS) y la densidad seca (rS) para varias humedades (w), dos profundidades (PRO) de dos suelos (S) de sabana del Estado Monagas.
Independientes			Dependientes
			Densidad seca  (rS)		Relación de solidez  (Is)		Vacíos de aire  (VVA)
PRO	S	w	Media	Grupo	Media	Grupo	Media	Grupo
30	2	7	1,8399	A	69,958	A	17,916	FG
60	1	9	1,8265	A	69.450	A	13,324	HIJK
30	2	9	1,8193	AB	69,175	AB	15,089	GHI
60	2	9	1,8117	ABC	68,886	ABC	15,236	GH
60	2	7	1,7958	ABCD	68,282	ABCD	19,384	EF
30	2	11	1,7888	ABCDE	68,014	ABCDE	12,548	HIJKL
60	2	11	1,7568	BCDEF	66,799	BCDEF	13,612	HIJ
60	2	13	1,7567	BCDEF	66,796	BCDEF	9,171	LMN
30	2	13	1,7464	CDEFG	66,405	CDEFG	11,332	IJKLM
30	1	9	1,7346	DEFGH	65,953	DEFGH	14,367	GHIJ
60	1	11	1,7304	DEFGHI	65,793	DEFGHI	14,321	GHIJ
30	1	15	1,7257	EFGHI	65,615	EFGHI	9,076	LMN
30	2	15	1,7115	EGHIJ	65,076	FGHIJ	9,850	KLMN
60	1	7	1,6997	FGHIJ	64,628	FGHIJ	22,667	E
30	1	13	1,6988	FGHIJ	64,593	FGHIJ	15,068	GHI
30	1	17	1,6819	GHIJK	63,950	GHIJK	6,998	N
30	2	17	1,6755	HIJKL	63,706	HIJKL	8,695	MN
60	2	15	1,6705	HIJKL	63,516	HIJKL	11,012	JKLM
30	1	11	1,6647	IJKLM	63,297	IJKLM	20,182	EF
60	1	13	1,6553	JKLM	62,939	JKLM	14,313	GHIJ
30	1	7	1,6529	JKLM	62,849	JKLM	22,120	E
60	2	17	1,6300	KLMN	61,976	KLMN	9,694	KLMN
30	2	5	1,6140	LMN	61,371	LMN	30,917	D
60	1	15	1,6125	LMN	61,314	LMN	13,626	HIJ
30	1	5	1,6030	MN	60,951	MN	28,656	D
60	1	5	1,5812	N	60,122	N	31,402	D
60	1	17	1,5808	N	60,106	N	12,040	HIJKLM
60	2	5	1,5090	O	57,376	O	35,510	C
60	2	3	1,4397	P	54,741	P	40,604	B
30	2	3	1,4165	P	53,860	P	42,117	AB
30	1	3	1,3838	P	52,615	P	41,556	AB
60	1	3	1,3118	Q	49,877	Q	45,141	A
Prueba de la Mínima Diferencia Significativa (MDS) (p ≤ 0,05) Letras diferentes indican promedios estadísticamente diferentes.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CONCLUSIONES

 

Los valores óptimos de compactación se obtuvieron entre 8,74 y 11,60 % de humedad gravimétrica que al compararlas con la capacidad de campo de estos suelos se infirió que la máxima compactación ocurre cerca o dentro de la capacidad de campo y por debajo del límite plástico. Siempre habrá aire y poca resistencia para el desarrollo radicular. Los efectos vibratorios ocasionados por las gotas de lluvias, tractores, implementos agrícolas y los reacomodos causados por el efecto Proctor y los impactos, en esas condiciones de humedad favorecerían la compactación y la erosión.

 

Los valores promedios fueron: 19,63 % para el volumen de vacíos  llenos de aire, 63,13 % para la solidez y 1,66 g/cm³ para la densidad seca. Los valores máximos y mínimos fueron respectivamente: para el volumen de vacíos llenos de aire: 45,14 % para 3 % de humedad y 9,17 % para13 % de humedad, para la solidez: 69,96 % para 7 y 9 % de humedad y 49,88 % para 3 % de humedad, y para la densidad seca: 1,84 g/cm³ para 7 y 9 % y 1,39 g/cm³ para 3 % de humedad.

 

Estos suelos son susceptibles a la formación de costras, debido posiblemente al bajo contenido de arcillas más finas. Se podría mejorar aumentando el contenido de caolinita de las capas superiores remontando de las inferiores a la capa arable. Para contenidos de humedad por debajo de alrededor del 6 %, se observó una disminución de la densidad aparente seca. El cálculo para estos suelos produjo un w_C 4,95%.

 

Cuando los suelos de sabana en condiciones de humedades menores al 6 % son compactados, la estructura del suelo flocula o desmenuza (orientación al azar de las partículas), tienen características opuestas cuando el suelo a la humedad óptima es compactado. En una, la densidad disminuye y en la otra aumenta.

 

Se recomienda que: (a) Las operaciones de labranza, fertilización y siembra sean ejecutadas cuando el suelo esté al lado más seco de la curva densidad-humedad evitando humedades dentro o cerca de la capacidad de campo (b) El uso de neumáticos anchos o más grandes con presión baja que favorecen la flotación, (c) El uso de las mismas huellas disminuye los viajes, (d) El mayor daño ocurre en el primer pase, (e) Uso de implementos con arreglo neumático-huella para la labranza, siembra, cultivo por hilera, asperjado y cosecha, (f) No deben usarse los implementos cuando el suelo está muy húmedo y (g) No deben usarse los implementos que producen pies compactados como los arados de disco, vertedera, arados rotativos y equipos con tanques de materiales muy pesados en condiciones inadecuadas de humedad o uso sólo en el estado friable.

 

AGRADECIMIENTOS

 

            El autor desea expresar su agradecimiento al Consejo de Investigación de la Universidad de Oriente por el financiamiento de esta investigación.

 

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Página diseñada por Prof. Jesús Rafael Méndez Natera

 

 

 

 

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