F2 =1t X 2rT x cos a. En donde : r =Radio del tubo ( cm ) T = Tensión

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F2
=1t X 2rT x cos a.
En donde :
r =Radio del tubo ( cm ) T = Tensión superficial del agua en contacto con el aire a. =Angula de contacto entre las paredes del tubo y el agua
Puesto que el ángulo de contacto para agua - vidrio es de ()O, Cos a.
caso la fórmula anterior se transforma en:
F2
= 1, en cuyo
=2 1t X r x T
En virtud de que las fuerzas F1 y F2 son iguales y opuestas, según lo expresado
más arriba, resulta que:
h x 1t x r2 x dw = 2 1t X r x T
Luego, la altura ( h ) a la que llegará el agua en un tubo capilar es :
h = 2T
rxdw
La tensión superficial experimenta sólo pequeños cambios cuando la temperatura
varía. Por ende, se puede usar prácticamente como valor de T, 0.075 gr/cm, para
la temperatura del agua de 18-200c, como una constante de cálculo, de esto
resulta que la expresión anterior puede escribirse:
h
= 0.15
r xdw
En la figura 8, la presión en los puntos A y B es igual a la presión atmosférica. Ya
que el punto C está a una mayor altura que B, la presión en C es menor que la
presión en B y, por lo tanto, es menor que la presión atmosférica. Es decir el agua
en el punto C se encuentra sometida a una presión negativa o tensión.
La tensión del agua en C depende del radio del tubo capilar y de la tensión
superficial del agua.
La tensión del agua en C = h x dw = 0.15 I r
Las leyes físicas que explican el ascenso del agua en los tubos capilares, sirven
para explicar la retención del agua en los poros del suelo. El mecanismo de
retención que depende de las características de la tensión superficial del agua del
suelo y del ángulo de contacto entre el agua y las partículas del suelo es el
mecanismo principal que retiene el agua en los suelos arenosos, livianos y
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medianos y, dentro de determinados intervalos de humedad, también en los
suelos pesados.
Tal como se ha expresado, existen en los suelos poros de diferentes tamaños, los
que están conectados entre sí. Cuando el suelo está saturado de agua, o sea
cuando todos los poros están llenos de agua, la succión del agua en los poros del
suelo es cercana a O (presión atmosférica). Aplicando una "Succión" a la solución
del suelo, el agua es extraída de los poros grandes, los cuales no son capaces de
retener el agua a una determinada "succión". Dichos poros al ir perdiendo el agua
se van llenando de aire. La disminución continua del agua en los poros del suelo
produce simultáneamente un aumento en la tensión del agua ( o succión ), en los
poros que aún retienen agua.
2.2.4.2 Retención del agua en el suelo causada por la repulsión entre las
partículas de arcilla
En los suelos pesados que contienen un alto porcentaje de arcilla, se produce una
fuerza de repulsión entre las partículas de arcilla, a consecuencia de las
características peculiares de su superficie. En la vecindad inmediata de la
superficie de estas partículas, existe una concentración de iones que induce la
creación de una fuerte presión osmótica en la solución del suelo, vecina a la
superficie de las partículas. Cuando un suelo arcilloso entra en contacto con el
agua libre, durante el proceso de su humedecimiento el agua se liga fuertemente y
es adsorbida en torno y entre las partículas, produciéndose la formación de una
gruesa lámina de agua alrededor de las partículas de arcilla y, como
consecuencia, la repulsión entre dichas partículas. Este proceso se expresa en
forma tangible mediante el hinchamiento del suelo. Este proceso se conoce
también con el nombre ,de hinchamiento osmótico ( o expansión osmótica).
A fin de extraer el agua del suelo expandido es necesario ejercer una "succión"
para contrarrestar la fuerza de repulsión entre las partículas. La extracción del
agua de un suelo pesado y expandido, no permite la entrada del aire. Al extraer el
agua, las partículas de arcilla convergen. En otras palabras, la porosidad del suelo
disminuye durante el proceso de secado. Sólo cuando las partículas estén
imposibilitadas de acercarse es que la extracción de agua ocasionará la entrada
de aire. Este mecanismo de retención de agua que funciona en suelos con un alto
contenido de arcilla, a humedades elevadas del suelo, tiene un significado agrícola
determinante.
2.2.4.3 La Curva de Retención del Agua del Suelo
Existe una relación inversa entre la tensión del agua del suelo(Tensión de
humedad) y su contenido de agua (porcentaje de humedad del suelo). Cuanto
mayor sea la tensión aplicada, menor será el porcentaje de humedad retenido por
el suelo. La fuerza de retención de agua por el suelo, que se opone a la fuerza
externa de absorción, es denominada tensión del agua del suelo.
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La curva que describe la relación entre la tensión del agua y el porcentaje de
humedad del suelo se denomina Curva de Retención. Esta curva facilita la
conversión recíproca entre la succión y el contenido de humedad del suelo,
aspecto fundamental en los estudios sobre balance del agua.
La succión
determina la disponibilidad de la humedad del suelo para la planta y su posibilidad
de flujo en medios no saturados.
Existe una curva de retención para cada tipo de terreno, según la cantidad de
poros, la superficie específica de las partículas, la textura y la estructura ( Véase
Figura 9).
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Figura 9. Curvas de retención de diversos suelos
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Figura 10. Efecto de la textura en la retención de agua por el suelo
La Figura 10 expresa el efecto de la textura en la relación humedad potencial
mátrico. Obsérvese que en el caso de suelo arcilloso la variación del potencial
mátrico es paulatina, mientras que en el arenoso, cuando la humedad baja de un
cierto valor se produce un cambio brusco. El punto de cambio corresponde al paso
de poros grandes a pequeños.
La textura y la estructura son decisivos en la distribución del tamaño de los poros y
en los efectos osmóticos de la doble capa difusa. En suelos arenosos la mayor
parte de la humedad es mantenida en los poros por acción capilar. La curva de
retención para estos suelos muestra que a cierto valor de succión ya se presenta
un fuerte decrecimiento en el contenido de humedad; esto indica que en tales
suelos existe un cierto tamaño predominante de poros correspondientes a la
succión de la inflexión más baja de la curva.
A valores bajos de succión casi todos los poros se encuentran llenos de agua,
pero cuando la succión se incrementa, gran parte de ella se pierde en un rango
relativamente corto de succión; el agua remanente empieza a comportarse como
una película sobre las partículas y alrededor de los puntos de contacto entre las
mismas.
La curva de suelos de textura pesada (arcillosos), muestra generalmente un
decrecimiento más gradual de la humedad con el incremento de la succión. Esto
puede ser explicado con base en el importante papel que desempeña el efecto de
la doble capa en estos suelos, ya que existe una gran variación en el tamaño de
los poros. En los suelos arcillosos la distribución del tamaño del poro es más
uniforme y el agua se encuentra adsorbida en mayor proporción, como
consecuencia obvia el contenido de humedad decrece gradualmente a medida
que aumenta la succión matricial.
Al estudiar la influencia de la estructura del suelo sobre su capacidad y
características de retención de humedad, debe recordarse que los poros
pequeños se encuentran dentro de los agregados y los macroporos entre los
agregados. Los poros con diámetro grande corresponden a un valor bajo de
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succión, en consecuencia la estructura del suelo adquiere especial importancia e
influencia sobre el número de dichos poros; por ello las curvas de retención de
humedad, en el rango de baja succión deben ser establecidas con base en
muestras no disturbadas ( a pF mayor de 3). Para los rangos altos de succión,
donde solamente los intra-agregados porosos contribuyen al contenido de
humedad, pueden ser usadas muestras ordinarias (disturbadas).
La Figura 11 muestra el efecto de la estructura en la retención de agua por el
suelo.
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Figura 11. Efecto de la estructura en la retención de agua por el suelo
Los suelos con buena estructura tienen una mayor porosidad y por tanto a
saturación 0Nm = O) contienen más agua.
Cuando el potencial mátrico se aproxima a cero, el efecto de la estructura domina
sobre el de textura y lo contrario ocurre para valores altos de W m. Por tal razón la
humedad correspondiente a este último caso se puede medir en muestras
alteradas, mientras que la correspondiente a bajos W m , debe medirse en muestras
inalteradas.
La estructura del suelo siempre afecta la forma de la curva característica de
humedad, particularmente en los rangos bajos de succión. El efecto de la
compactación sobre un suelo hace decrecer la porosidad total y, especialmente, el
volumen de los poros interagregados. Esto significa que el contenido de agua a
saturación va decreciendo inicialmente con una aplicación baja de succción. En la
Figura 11 se presenta el comportamiento de la curva característica de humedad
para dos suelos: uno agregado y otro compacto.