Métodos de medición de humedad del suelo: del campo al laboratorio -

Métodos de medición de humedad del suelo: del campo al laboratorio

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Generalidades

Los métodos e instrumentos que se utilizan para determinar la humedad del suelo se pueden dividir en dos grupos:

a) Métodos basados en la determinación del contenido de agua del suelo.
b) Métodos que miden el potencia¡ de agua del suelo.

El contenido de agua del suelo es expresado como una relación entre la masa de agua contenida en una muestra de suelo y la masa seca de la muestra de suelo o el volumen original de la muestra. Estas dos expresiones están linealmente relacionadas por un coeficiente conocido como la densidad aparente del suelo muestreado.

El potencial de agua del suelo se expresa como la energía potencial del agua contenida en el suelo y está integrado por el potencial gravitacional, el potencial de presión y el potencial osmótico. En la mayoría de los casos, la mezcla de agua y suelo puede ser considerada localmente homogénea, y el potencial osmótico llega a ser insignificante.

El potencial gravitacional representa el trabajo requerido para elevar el agua desde un punto dado en el suelo hasta una altura de referencia, que es casi siempre la superficie del suelo. Como el potencial gravitacional puede ser calculado, el problema de la medición del potencial de humedad del suelo está limitado a la medición de su potencial de presión. Para medir la presión potencial se usan varios métodos, directos o indirectos. Los métodos más usados son descritos más abajo.

Independientemente del tipo de método aplicado, en cada caso es indispensable determinar la humedad del suelo en numerosos puntos del sitio de estudio, debido a su alta variabilidad espacial. Un análisis estadístico de la variabilidad de la humedad del suelo observada en los puntos de medición permite calcular el error promedio. Dichos análisis hacen posible determinar el número de puntos de medición requeridos para una exactitud prevista del valor medio.

Método gravimétrico

El método gravimétrico es el único método directo de medición de la humedad del suelo. Dicho método consiste en tomar una muestra de suelo, pesarla antes y después de su desecado y calcular su contenido de humedad. La muestra de suelo se considera seca cuando su peso permanece constante a una temperatura de 105'C.

Se han construido numerosos tipos de equipo de muestreo, así como hornos de secado y balanzas especiales, para ser utilizados con este método. El método gravimétrico es el más exacto para medir el contenido de humedad del suelo y resulta necesario para calibrar el equipo utilizado en los demás métodos.

Sin embargo, no puede usarse para obtener un registro continuo de la humedad del suelo de un lugar determinado, porque es necesario extraer muestras del suelo para su análisis en el laboratorio.

Recolección de muestras

El procedimiento para recoger una muestra por el método gravimétnco depende de si la determinación de la humedad del suelo está basada en la masa seca de la muestra o en su volumen., Para determinar la humedad por masa seca, la muestra puede ser alterada, pero no debe serlo para la determinación volumétrica.

El muestreo de suelos está lleno de inconvenientes, sobre todo cuando el terreno está muy seco o muy húmedo o contiene piedras, rocas u otros materiales que dificultan el trabajo del equipo de muestreo.

La técnica y el equipo utilizados para la recolección de muestras deben evitar que éstas pierdan o ganen humedad, sufran alteración o contaminación alguna durante las operaciones de muestreo o de transporte. Cuando se extrae una muestra de una capa seca a través de una capa húmeda, se debe tener cuidado de que el equipo de muestreo esté lo más seco posible y de que no caiga agua, por el agujero, en la capa seca. Si hay agua en el terreno, es probable que el contenido de humedad medido sea inferior al valor real, debido a que parte del agua gotea de la muestra al ser extraída del suelo o a su escurrimiento durante el muestreo como consecuencia de la presión ejercida.

Si se encuentran sedimentos secos, duros y compactos resulta difícil introducir el tubo sacamuestras o hacer girar el barreno. Al sacar muestras de sedimentos secos, de textura rugosa, la muestra puede escurrirse del tubo sacamuestra o del barreno al retirar el instrumento. El muestreo de los suelos pedregosos es muy difícil, especialmente en el aspecto volumétrico, debido al peligro que existe de que la cuchilla del equipo tropiece con una piedra y porque las muestras que han de obtenerse deben ser muy voluminosas. Los suelos que contienen una cantidad considerable de raíces y materias orgánicas presentan también ciertas dificultades.

Si el suelo es de grava, el tamaño necesario de la muestra que se debe tomar para la determinación gravimétrica de su humedad, debe ser mucho mayor que en el caso de suelos que no contengan grava, y dependerá proporcionalmente del tamaño y del contenido de la grava. La humedad se determina como un porcentaje por masa (peso). Si se multiplica por la densidad del volumen total se obtiene la humedad como porcentaje por volumen.

En los trabajos de muestreo para medir la humedad del suelo, es indispensable que todas las operaciones, así como la transferencia de muestras a los recipientes y el peso de las muestras, se hagan lo más rápido posible, a fin de impedir las pérdidas excesivas de humedad. Muchas de las dificultades que presenta la utilización de equipos de muestreo se pueden evitar si el equipo se mantiene limpio y libre de humedad y herrumbre.

Descripción de los instrumentos de muestreo

Barreno

El equipo más sencillo utilizado para sacar muestras es el barreno de mano. Estos barrenos se han empleado, prolongados por tubos de aluminio, para sacar muestras a profundidades de hasta 17 m. Uno de los tipos mas útiles de barrenos manuales consiste en un cilindro de 76 mm> de diámetro y 230 mm de longitud, con un tubo de 1,4 m en la parte superior y dos dientes cortadores curvos en la parte inferior. Como el cuerpo del barreno está constituido por un cilindro sólido, es poco probable que las paredes del orificio de prueba contaminen la muestra. Con este equipo se obtiene una muestra representativa, aunque alterada. Para facilitar el muestreo a profundidades de más de 1,5 m se añaden tubos de aluminio de 19 mm de diámetro y de 0,9 m de longitud, si procede.

Para obtener una muestra con el barreno manual, se le hace girar con el mango para que vaya penetrando dentro del terreno de muestreo. Por lo general, el cilindro del barreno no se llena hasta no haber penetrado unos 80 mm. Seguidamente, se saca el barreno y se desprende la muestra golpeando el barreno con un martillo de goma.

Tubo sacamuestras o portatestigos

Los tubos sacamuestras, los portatestigos y otros tubos de este tipo, ofrecen ciertas ventajas, ya que permiten obtener muestras volumétricas que sirven de base para calcular el contenido de humedad por unidad de volumen. Con los sacamuestras pueden conseguirse muestras no contaminadas siempre que el equipo esté limpio. No se deben aceitar y se deben mantener limpios, sin herrumbre ni humedad.

Para el muestreo a gran profundidad se recomienda normalmente un equipo de dos personas, pudiéndose obtener muestras de 20 m de profundidad. Se recomienda, además, que el volumen de la muestra sea de 100 cm3 como mínimo.

El sacamuestras abierto de percusión consiste en un tubo sacamuestras de 50 mm de diámetro interno y 100 mm de longitud con tubos de extensión de 25 mm de diámetro y 1,5 m de longitud, para efectuar muestreos a profundidad. Se utilizan camisas de latón de 50 mm de longitud a fin de conservar las muestras intactas. Las muestras se sacan de la barra empujando un émbolo. Para las extensiones, puede utilizarse un barreno liviano o un tubo de 15 mm.

Para obtener muestras volumétricas a pequeña profundidad, puede utilizarse un sacamuestras sencillo y económico, consistente en un tubo delgado de latón, 50 mm de diámetro y 150 mm de longitud, montado en el extremo de una manija en fon-na de T y de 90 cm para los tubos de 19 mm.

Las muestras son recogidas empujando hacia abajo la manija. Después de extraer el muestreador del hueco, las muestras se recogen empuñándolas hacia afuera del tubo sacamuestra a través del émbolo central. Como el diámetro interno y el área del tubo sacamuestras son conocidos, pueden obtenerse fácilmente muestras volumétricas cortando una longitud dada de la muestra al ser extraída del instrumento.

Procedimiento de laboratorio

Primero, las muestras de suelo húmedo se pesan individualmente en sus contenedores de transporte. Los contenedores se abren y se colocan en un horno secador que es capaz de mantener una temperatura de 105 ± 0,5o. Para muestras que contienen turba o cantidades significativas de yeso, el horno debe tener una temperatura de 50 ± 0,5o por lo cual se requerirá entonces de un mayor tiempo para que la muestra alcance un estado seco.

Después del secado, las muestras se pesan de nuevo en sus contenedores. La diferencia entre el peso húmedo y el peso seco de una muestra es la medida de su contenido de agua original.

Se pueden usar otros procesos de secado más rápidos que el horno corriente, por ejemplo, lámparas infrarrojas y hornos microondas.

Si las muestras contienen gravas y piedras, el procedimiento antes mencionado se puede modificar si los pesos o volúmenes de la grava y/o las piedras pueden determinarse separadamente.

Método de resistencia eléctrica

La resistencia eléctrica de un bloque de material poroso en equilibrio higrométrico con el suelo permite medir la humedad del suelo. Al bloque, que puede ser de yeso, nylon, o fibra de vidrio, se fijan dos electrodos. Como la resistencia del contacto permanece constante, una vez que se ha colocado el bloque en el suelo y ha alcanzado el equilibrio higrométrico, registra las variaciones subsiguientes del contenido de humedad con un pequeño retraso de tiempo. Los cambios en el contenido de humedad causan, a su vez, una variación de la resistencia eléctrica, que se reflejará en un instrumento de medida instalado en la superficie.

Los valores de resistencia registrados por este instrumento se convierten seguidamente, mediante una curva de calibración, en valores representativos del contenido de humedad. La curva de calibración se obtiene por correlación con valores del contenido de humedad determinados por el método gravimétrico (sección 15.2) para cada observación, ubicación y estrato.

Los bloques para mediciones higrométricas son muy eficaces en la gama más baja de valores de humedad. Sus posibilidades para medir el contenido de la humedad se ven limitadas por los efectos de histéresis y por el hecho de que la calibración de diámetro y 150 mm de longitud, montado en el extremo de una manija en forma de T y de 90 cm para los tubos de 19 mm.

Las muestras son recogidas empujando hacia abajo la manija. Después de extraer el muestreador del hueco, las muestras se recogen empuñándolas hacia afuera del tubo sacamuestra a través del émbolo central. Como el diámetro interno y el área del tubo sacamuestras son conocidos, pueden obtenerse fácilmente muestras volumétricas cortando una longitud dada de la muestra al ser extraída del instrumento.

Método neutrónico

El método neutrónico indica la cantidad de agua por unidad de volumen de suelo. El volumen de suelo medido por este método presenta la forma de una ampolla de un radio de uno a cuatro metros, de acuerdo al contenido de humedad y a la actividad de la fuente.

Este método se basa en el principio de medición de la disminución de la velocidad de los neutrones emitidos al suelo por una fuente de neutrones rápidos. La pérdida de energía, debida a las colisiones de neutrones con átomos de bajo peso atómico, es muy elevada, siendo proporcional al número de dichos átomos presentes en el terreno.

Estas colisiones tienen por efecto transformar los neutrones rápidos en neutrones lentos. El hidrógeno, que es el principal elemento de bajo peso atómico presente en el suelo, está contenido en gran cantidad en las moléculas del agua del suelo. El número de neutrones lentos detectados por un tubo contador, después de la emisión de neutrones rápidos por una fuente radioactiva, se registra electrónicamente en un contador.

Instrumentos

Uno de los equipos más utilizados consiste en un contador portátil de batería con un cronómetro de resorte que tiene una escala de tiempo de 0,5 a 5 minutos y pesa aproximadamente 16 kg, y una sonda higrométrica que contiene una fuente de 100 milicuries de neutrones rápidos de americium-241 y, berilio finamente pulverizado (período de semidesintegración, 458 años).

La sonda tiene una longitud de unos 400 mm, un diámetro de 40 mm, y pesa 20 kg cuando se completa con un blindaje de plomo y parafina de 150 mm de diámetro y 100 mm de longitud. Estos contadores se han utilizado con cables de hasta 60 m.

La fuente y el contador se introducen en la tierra a través de un orificio revestido con una tubería de aluminio; y las lecturas pueden tomarse a cualquier profundidad, excepto cerca de la superficie. El diámetro interno de la tubería será apenas mayor que el de la sonda. El tubo deberá instalarse, de ser posible, barrenando el suelo en su interior para asegurar un estrecho contacto entre la superficie exterior del tubo y la tierra.

Se han fabricado instrumentos similares para hacer mediciones en las capas superficiales del suelo. En este caso, el equipo se coloca sobre la superficie del terreno y da el contenido de humedad de un volumen semiesférico de 15 a 40 cm de radio.

Tubos de acceso

La instalación de los tubos de acceso se debe realizar cuidadosamente para prevenir la compactación del suelo y para asegurar el contacto del suelo con la parte exterior de los tubos, es decir, no se deben crear vacíos en el suelo fuera de los tubos durante su instalación. Los tubos de acceso pueden ser instalados:

a) Insertando los tubos en agujeros preparados del mismo diámetro o ligeramente menor (los agujeros pueden prepararse usando un barreno manual o mecánico).
b) Introduciendo los tubos en el suelo con un martillo y removiendo la tierra del interior de los tubos.

Se deben sellar las bases de los tubos para prevenir infiltraciones de aguas subterráneas. Los topes de los tubos deben también sellarse con una tapa o un tapón cuando no están usándose.

Calibración

La sonda se calibra por muestreo gravimétrico (sección 15.2) del tipo de suelo que deba estudiarse y con el revestimiento del mismo tamaño y tipo que el que vaya a utilizarse con la sonda. Alrededor del orificio se tomarán suficientes muestras para poder definir el perfil higrométrico del suelo.

Es difícil obtener una buena calibración en suelos heterogéneos o en los que la humedad varía rápidamente con la profundidad. Se puede realizar una calibración aproximada en el laboratorio, usando un contenedor lleno de tierra.

El tipo y el tamaño del revestimiento y el método de instalación del tubo de acceso tiene un efecto considerable en las lecturas, por lo que deberán obtenerse nuevas curvas de calibración para cada tipo de instalación.

Mediciones y exactitud

Los tubos de acceso deben mantenerse libres de exceso de humedad para evitar lecturas erróneas. Después de bajar la sonda a la profundidad adecuada dentro del tubo de acceso, se determina el número de conteos en un período de tiempo conocido. El conteo medio es convertido en contenido de humedad del suelo usando la curva de calibración. La exactitud de la lectura depende sobre todo:

a) de la validez de la curva de calibración;
b) del número de conteos por determinación.

Debido a lo aleatorio de la emisión y al impacto de los neutrones, pueden ocurrir errores de conteo aleatorio. Los errores de cronometraje pueden mantenerse en un mínimo usando un cronómetro de ciclo normalizado de dos minutos.

Las concentraciones de sal en la cantidad que ordinariamente se encuentra en la humedad del suelo no afectan materialmente los resultados de las mediciones hechas por el método neutrónico, pero en concentraciones de sal iguales a la del agua de mar existe un efecto apreciable.

Existen indicios de cierto efecto de temperatura. Las mediciones realizadas en la proximidad de la superficie se ven afectadas por la posición de la sonda con respecto a la superficie de contacto aire / tierra; la proximidad de la superficie de contacto produce conteos más cortos que los que serían indicados para el mismo contenido de humedad a una mayor profundidad.

Cuando las fuentes de errores son minimizadas, la exactitud de una medición puede estar entre 0,5 y uno por ciento. Para mediciones repetidas en un período de tiempo, como las que pueden ser realizadas en un estudio del balance hídrico, los cambios en el contenido de agua del suelo pueden ser aún más exactos debido a la eliminación de errores sistemáticos.

Atenuación de rayos gamma

La intensidad de un rayo gamma que atraviesa una sección de suelo, sufre un decrecimiento exponencial que depende principalmente de la densidad aparente del suelo, del agua contenida en el suelo, y de los coeficientes de atenuación del suelo y del agua, que son constantes. El método consiste en la atenuación de una fuente de rayos gamma (generalmente cesio 137) y de un detector de rayos gamma (fotomultiplicador/escintilador) en un par de tubos de acceso paralelos que han sido instalados en el suelo. En cada nivel de medición, la señal puede traducirse en densidad aparente de la humedad del suelo o, si la densidad aparente del suelo seco es conocida, la señal puede convertirse en una medida del contenido volumétrico de la humedad del suelo.

El equipo de medición permite rastrear la evolución de los perfiles de densidad húmeda y de la humedad volumétrica del suelo en varias décimas de centímetros de profundidad por debajo de la superficie del suelo, si la densidad seca no varía con el tiempo.

El método tiene la ventaja de una alta resolución espacial (se puede medir así un pedazo de suelo de 20 a 50 mm de espesor con los tubos de acceso separados alrededor de tres metros). Sin embargo, el agua no es la única variable que explica las mediciones. Las variaciones de la densidad aparentes del suelo seco pueden confundir las mediciones de la humedad del suelo.

Algunos equipos complejos tienen dos fuentes de energía con diferentes intensidades de rayos gamma, lo que permite el estudio de las variaciones de la densidad aparente, así como también de la humedad del suelo. Dicho equipo se usa principalmente en laboratorios y no sobre el terreno.

Métodos dieléctricos

La constante dieléctrica aparente (permisividad) de un volumen de suelo varía con la cantidad de humedad contenida en el suelo. El suelo es una mezcla compleja de partículas de diferentes composiciones químicas en una matriz de aire y agua. La constante dieléctrica de las partículas del suelo varía entre dos y siete, mientras que las del aire y agua son uno y 80, respectivamente.

De esta manera, si la densidad aparente de un suelo seco permanece constante, es decir, el porcentaje del suelo incluido en la matriz permanece constante, su constante dieléctrica aparente será una función de la cantidad de humedad en la matriz. Esta característica permite la conversión de las mediciones de la constante dieléctrica aparente en mediciones del contenido volumétrico de la humedad del suelo.

Los dos principales métodos dieléctricos son:

a) reflectometría en el dominio temporal (RDT); y
b) método de capacitancia.

Algunos métodos de teledetección, principalmente el uso de microondas, también utilizan este principio para estimar el contenido de humedad de los suelos cercanos a la superficie.

Reflectometría en el dominio temporal

La velocidad de la pulsación de una microonda entre un par de guía ondas, que han sido colocadas en el suelo, es una función de la permitividad dieléctrica aparente de la mezcla aire/agua/suelo entre las guía ondas. A medida que la velocidad de la pulsación aumenta, la permisividad disminuye, lo cual indica un descenso en el contenido de humedad del suelo.

Una instalación de RDT consta de:

a) un instrumento RDT, con un generador de pulsaciones, un cronómetro electrónico, y usualmente de microprocesadores para almacenar una relación de calibración y convertir la velocidad de la pulsación en una medición de la humedad del suelo;
b) uno o más pares de guía ondas;
c) cables para conectar las guíaondas al instrumento RDT.

Las guía ondas son tubos metálicos, generalmente de 0, 15 a 0,6 m de longitud, y los cables pueden ser de varios metros de largo. Las guía ondas se pueden colocar verticalmente dentro del suelo u horizontalmente en un muro de un hoyo excavado en el suelo. La instalación horizontal puede causar considerable perturbación al suelo cercano a las guía ondas y producir mediciones erróneas de la humedad del suelo.

La instalación de las guía ondas puede ser temporal o permanente. Un sistema de multiplaje múltiple permite la exploración automática y secuencia] de varios pares de guía ondas.

El método RDT es rápido y sus mediciones son casi instantáneas. En suelos minerales, la exactitud del RDT es buena, y puede ser mejorada mediante una calibración para cada suelo. La calibración es esencial para suelos con mucho contenido orgánico. En suelos salinos, las pérdidas de energía significativas limitan la utilidad del método RDT.

En suelos que están completamente congelados, el método RDT no es útil para medir la humedad del suelo porque las permitividades del hielo y de los suelos secos son casi iguales. Sin embargo, el método RDT puede ser útil en el estudio del congelamiento y deshielo de suelos y nieve.

Método de capacitancia

Un sensor de capacitancia está compuesto de electrodos enterrados en el suelo, un oscilador electrónico, un frecuencímetro, y cables conectores. Los electrodos y su suelo adyacente forman un condensador cuya capacidad es función de la constante dieléctrica del suelo y, de esta manera, del contenido de humedad del suelo. La variación de la capacitancia puede medirse por los cambios de frecuencia de la señal electrónica a través del condensador. Se requiere de una calibración para cada tipo de suelo, para convertir la capacidad
eléctrica en contenido de humedad del suelo.

Existen varios diseños de esta metodología. Según su geometría, los electrodos pueden ser enterrados en el suelo, instalados en el extremo de una sonda y hundidos en el suelo, o insertados dentro de un tubo de acceso. Generalmente, el sensor esta equipado con un mecanismo de corrección de la temperatura para compensar los efectos de la temperatura en la relación entre el contenido de agua y la permitividad.

Las mediciones son rápidas y fáciles, pero son muy sensibles a las condiciones de instalación porque la esfera de influencia del condensador es relativamente pequeña. La calibración debe ejecutarse con mucho cuidado para cada sonda y cada suelo, a fin de obtener datos exactos del contenido de agua.

Teledetección

La teledetección es la única forma de obtener mediciones que contengan información integrada con el área sobre el contenido de agua de un terreno. Los principios, las características y las aplicaciones de esta técnica, que no es aún completamente operativa, son descritos brevemente más abajo.

La mayoría de las técnicas de teledetección para medir la humedad del Suelo están basadas en una relación entre el contenido de agua del suelo y otra propiedad del suelo, por ejemplo, la constante dieléctrica, que puede ser controlada por medio de la radiación electrónica emitida o reflejada desde el suelo. En principio, se puede usar todo el espectro electromagnético. Como la mayoría de estos sensores funcionan desde un avión o una nave espacial, la transmisividad atmosférica insuficiente impide el empleo de las longitudes de onda en el ámbito de rayos X, así como en ciertas regiones del infrarrojo lejano y del infrarrojo medio.

Las ondas cortas, en una gama de longitud de onda entre 50 y 500 mm, son particularmente efectivas para la medición de la humedad del suelo de una superficie. Esto se debe a que tienen una atenuación atmosférica mínima y porque existe una gran diferencia entre las constantes dieléctricas de¡ agua y del suelo seco, lo cual resulta en una alta sensibilidad al agua.

La radiación de microonda es usada pasivamente (radiometría) o activamente (radar). En la técnica de microonda pasiva, los radiómetros se usan para medir la emisión termal de microondas desde el suelo. La intensidad de esta radiación es proporciona¡ a la denominada temperatura de luminosidad, producto de la temperatura de la, superficie y la emisividad; ésta depende de la constante dieléctrica y por lo tanto del contenido de agua.

En la técnica de microonda activa (radar), se usa una fuente de radiación artificial, un emisor, y se mide la intensidad de la radiación reflejada por el suelo. La reflectividad del suelo que, como la emisividad depende de la constante dieléctrica, es usada entonces para deducir el contenido de agua del suelo de una superficie.

La ventaja de la técnica activa, en comparación con los sensores de microonda de la técnica pasiva, es la resolución espacial superior, debido a que el terreno puede ser examinado con un haz de apertura angular limitada. Para los sensores de microondas pasivas, la resolución espacial está limitada por la relación de la longitud de onda y la distancia de la observación según el tamaño de la antena. Para una antena, una mejor resolución sólo puede obtenerse reduciendo la longitud de onda a expensas de una penetración del suelo o profundidad de muestreo más corta o bajando la altura de vuelo a expensas de incrementar los vuelos.

Dos factores importantes, además de la humedad del suelo, que influyen en la emisividad del suelo y la reflectividad son la escabrosidad o aspereza del terreno y la vegetación. A pesar de que estos factores pueden tenerse en cuenta en modelos relativamente sencillos, de regresión lineal, que incorporan un parámetro empírico de aspereza y el contenido de humedad de la vegetación, reducen la sensibilidad del método ya que aumentan la emisividad relativa al ruido de fondo.

Método tensiométrico

El tensiómetro consiste en un cono o taza porosa (generalmente de cerámica) conectado por medio de un tubo a un manómetro. El aparato se llena de agua que, al penetrar en el cono o taza, establece un equilibrio con la humedad del terreno circundante. Al secarse el suelo, el agua fluye de la taza originando así una tensión mayor, o inversamente, al aumentar la humedad del suelo y disminuir la tensión, entra el agua en la taza. Estas variaciones de la presión o tensión se señalan en un dispositivo de medición. El empleo de varios tensiómetros múltiples, ubicados a distintas profundidades, permite obtener el perfil de humedad del terreno.

Los tensiómetros suministran datos sobre el potencial hídrico del terreno (componente de la presión). Si se utiliza con el fin de determinar la humedad, se precisa contar con una curva de calibración. Esta última puede ser parte de la curva de retención de humedad de los suelos, pero se recomienda establecerla a partir de los datos obtenidos sobre el terreno por el método gravimétrico. Aun así, los datos de humedad son sólo aproximados debido a la histéresis entre la rama de humectización y de drenaje de la curva de retención de humedad de¡ suelo. La gama de utilización está limitada entre 0 y 0,8 bars (cero a ocho metros de carga hidráulica negativa). Por lo tanto, este método únicamente resulta adecuado en regiones húmedas.

Entre los diferentes componentes de un tensiómetro se incluyen la taza o cono poroso, el tubo de conección y/o el cuerpo del tubo, y el sensor de presión. La taza porosa está hecha de un material rígido y poroso (generalmente cerámica).

Los poros de las paredes de la taza son lo suficientemente pequeños como para impedir el paso de] aire. Se usan un tubo de conexión semirrígido y/o un tubo de cuerpo rígido para conectar la taza del tensiómetro con el sensor de presión.

El dispositivo medidor de la presión es generalmente un tubo de vacío de Bourdon o un manómetro de mercurio. El tensiómetro puede acoplarse también a un registrador de presión o a un convertidor electrónico de presión para obtener un registro continuo de las variaciones de tensión.

Como el sistema está en un vacío parcial durante condiciones de suelo no saturado, es necesario que todas las partes o uniones sean impermeables al aire. Los medidores de vacío Bourdon son más adecuados que los manómetros de mercurio para usarlos sobre el terreno, pero son menos exactos. Los convertidores electrónicos de presión son más prácticos y exactos.

El tiempo de respuesta de un tensiómetro es mucho más rápido con un convertidor o transductor de presión, porque tiene un volumen de desplazamiento más pequeño. El inconveniente del costo se puede reducir usando solamente un transductor electrónico de presión conectado a varios tensiómetros, a través de un dispositivo de exploración.

Otra solución podría ser la de usar un aparato de medición que muestre brevemente la presión en el tensiómetro por medio de una aguja. Esta aguja perfora un bulbo especial sobre el tubo del tensiómetro únicamente durante el momento de la medición.

Una sola aguja puede ser usada para muestrear numerosos tensiómetros colocados en el suelo. Sin embargo, a diferencia del sistema antes descrito, este tipo de tensiómetro no puede usarse para registrar variaciones en el potencia¡ hídrico del suelo.

Los tensiómetros deben llenarse con agua previamente desaireada. Así, es posible remover el aire atrapado dentro del sistema usando una bomba de vacío. Los tensiómetros, en general, son insertados verticalmente dentro del suelo en agujeros previamente taladrados, del mismo diámetro que la taza porosa. El centro de la taza porosa es colocado a la profundidad donde se desea medir la presión.

Los tensiómetros son sensibles a las variaciones de la temperatura que producen expansiones o contracciones termales en las diferentes partes del sistema, lo que influencia las lecturas de la presión. Sobre el terreno, se recomienda proteger a los tensiómetros de la radiación solar para minimizar este efecto. Asimismo, los tensiómetros usados en invierno deben protegerse de las heladas que producen daños al tubo del agua y al sensor de presión. Es necesario purgar periódicamente los tensiómetros para remover el aire acumulado en el sistema.

La lectura del tensiómetro indica la presión en la taza porosa menos la diferencia de presión causada por la columna de agua entre el sensor de presión y la taza porosa. De esta manera, el potencia¡ hídrico del suelo, a la profundidad de la taza, es igual a la lectura del sensor de presión más la presión de esa columna de agua.

Si la presión es expresada en términos de succión, es decir, presión atmosférica menos presión de la escala, entonces el potencial hídrico del suelo es igual a la lectura del sensor menos la diferencia de presión causada por la columna de agua en el tubo. El potencial hídrico corregido del suelo puede obtenerse directamente con los sistemas transductores de presión.

Es difícil decir cuál es la exactitud de la medición del potencia¡ hídrico de un suelo a través de un tensiómetro. La exactitud de una medición depende de la temperatura, la exactitud del sensor de presión, y la cantidad de aire acumulado en el sistema.

Además, el tiempo de respuesta de los tensiómetros puede causar mediciones erróneas si el potencial hídrico del suelo cambia rápidamente. En este caso no se puede obtener el equilibrio entre el agua del suelo y el agua del tensiómetro. Estudios recientes han mostrado que los conos plásticos semipermeables proveen una respuesta mucho más rápida que los conos de cerámica.

El tensiómetro es, probablemente, el equipo más fácil de instalar y de más rápida lectura de todos los instrumentos utilizados para medir la humedad del suelo. No obstante, los tensiómetros que existen actualmente no se pueden usar a profundidades superiores a tres metros.

A la presión atmosférica normal, el método está limitado a una gama potencia] de casi -85 kPa. Los tensiómetros requieren un mantenimiento frecuente para poder obtener mediciones fiables en condiciones de terreno.

Fuente: documentacion.ideam.gov.co

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