9. Permeabilidad del suelo
9.0 ¿Por qué es importante determinar la permeabilidad del suelo?
Permeabilidad es la propiedad que tiene el suelo de transmitir el agua y el aire y es una de las cualidades más importantes que han de considerarse para la piscicultura. Un estanque construido en suelo impermeable perderá poca agua por filtración.
Mientras más permeable sea el suelo, mayor sera la filtración. Algunos suelos son tan permeables y la filtración tan intensa que para construir en ellos cualquier tipo de estanque es preciso aplicar técnicas de construcción especiales. En un volumen de está colección que aparecerá próximamente se ofrecerá información sobre dichas técnicas.
Por lo general, los suelos se componen de capas y, a menudo, la calidad del suelo varía considerablemente de una capa a otra.
Antes de construir un estanque, es importante determinar la posición relativa de las capas permeables e impermeables. Al planificar el diseño de un estanque se debe evitar la presencia de una capa permeable en el fondo para impedir una pérdida de agua excesiva hacia el subsuelo a causa de la filtración.
Los diques del estanque se deben construir con un tipo de suelo que garantice una buena retención del agua. La calidad del suelo tendrá que comprobarse, repetimos, teniendo presente ese aspecto.
9.1 ¿Qué factores afectan a la permeabilidad del suelo?
Muchos factores afectan a la permeabilidad del suelo. En ocasiones, se trata de factores en extremo localizados, como fisuras y cárcavas, y es difícil hallar valores representativos de la permeabilidad a partir de mediciones reales. Un estudio serio de los perfiles de suelo proporciona una indispensable comprobación de dichas mediciones. Las observaciones sobre la textura del suelo, su estructura, consistencia, color y manchas de color, la disposición por capas,
los poros visibles y la profundidad de las capas impermeables como la roca madre y la capa de arcilla*, constituyen la base para decidir si es probable que las mediciones de la permeabilidad sean representativas.
Nota: ya sabe usted que el suelo está constituido por varios horizontes, y que, generalmente, cada uno de ellos tiene propiedades físicas y químicas diferentes. Para determinar la permeabilidad del suelo en su totalidad, se debe estudiar cada horizonte por separado.
9.2 La permeabilidad del suelo se relaciona con su textura y estructura
El tamaño de los poros del suelo reviste gran importancia con respecto a la tasa de filtración (movimiento del agua hacia dentro del suelo) y a la tasa de percolación (movimiento del agua a través del suelo). El tamaño y el número de los poros guardan estrecha relación con la textura y la estructura del suelo y también influyen en su permeabilidad.
Variación de la permeabilidad según la textura del suelo
Variación de la permeabilidad según la estructura del suelo
La estructura puede modificar considerablemente las tasas de permeabilidad mostradas anteriormente de la forma siguiente:
Existe la práctica general de alterar la estructura del suelo para reducir la permeabilidad, por ejemplo, en la agricultura de regadío mediante la pudelación de los campos de arroz, y en la ingeniería civil mediante la compactación * por medios mecánicos de las presas de tierra. Se pueden aplicar prácticas similares en los estanques piscícolas con miras a reducir la filtración de agua.
9.3 Clases de permeabilidad del suelo
La permeabilidad del suelo suele medirse en función de la velocidad del flujo de agua a través de éste durante un período determinado. Generalmente se expresa o bien como una tasa de permeabilidad en centímetros por hora (cm/h), milímetros por hora (mm/h), o centímetros por día (cm/d), o bien como un coeficiente de permeabilidad en metros por segundo (m/s) o en centímetros por segundo (cm/s).
Para fines agrícolas y de conservación, las clases de permeabilidad del suelo se basan en las tasas de permeabilidad, y para la ingeniería civil, , se basan en el coeficiente de permeabilidad (véanse los Cuadros 15 y 16).
Para la piscicultura, existen dos formas de describir la permeabilidad del suelo:
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Coeficiente de permeabilidad;
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Tasa de filtración.
Ejemplo
Para la ubicación de los estanques y la construcción de diques, el coeficiente de permeabilidad, casi siempre, se utiliza para determinar la aptitud de un horizonte de suelo específico:
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Se pueden construir diques sin núcleo de arcilla impermeable en suelos cuyo coeficiente de permeabilidad sea inferior a K = 1 x 10ˉ⁴ m/s;
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Se pueden construir fondos de estanques en suelos con un coeficiente de permeabilidad inferior a K = 5 x 10ˉ⁶ m/s.
Para la ordenación de estanques suele utilizarse la tasa de filtración:
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Para la piscicultura en estanques con fines comerciales se considera aceptable una tasa media de filtración de 1 a 2 cm/d, pero es preciso tornar medidas correctivas para reducir la permeabilidad del suelo cuando existen valores más altos, en particular cuando alcanzan los 10 cm/d o más.
9.4 Medición de la permeabilidad del suelo en el laboratorio
Cuando usted (leva una muestra no alterada a un laboratorio de análisis para medir la permeabilidad, se toma una columna de suelo y se somete a condiciones determinadas, tales como saturación de agua y una carga de agua constante. El resultado lo recibirá en forma de tasa de permeabilidad (véase el Cuadro 15) o de coeficiente de permeabilidad (véase el Cuadro 16).
Cuadro 15. Clases de permeabilidad de los suelos para la agricultura y su conservación
Cuadro 16: Clases de permeabilidad de los suelos para obras de ingeniería civil
9.5 Medición de la permeabilidad del suelo en el campo
Para medir la permeabilidad del suelo en el campo, usted puede recurrir a una de las pruebas siguientes:
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La evaluación visual de la tasa de permeabilidad del horizonte del suelo;
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Un ensayo de campo sencillo para estimar la permeabilidad del suelo;
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Un ensayo de campo más preciso para medir las tasas de permeabilidad.
Evaluación visual de la tasa de permeabilidad de los horizontes del suelo
La permeabilidad de los distintos horizontes del suelo se puede evaluar mediante el estudio visual de determinadas características del suelo, que, según han demostrado los edafólogos, guardan estrecha relación con las clases de permeabilidad. El factor más importante para evaluar la permeabilidad del suelo es la estructura, su tipo, grado y características de agregación, tales como la relación entre la longitud de los ejes horizontal y vertical de los agregados y la dirección y el grado del traslapo.
Si bien ni la textura del suelo ni las manchas de color constituyen por sí solas indicios confiables, estas propiedades del suelo también pueden ayudar a estimar la permeabilidad cuando se les considera conjuntamente con las características estructurales. Para evaluar visualmente la permeabilidad de los horizontes de suelo, haga lo siguiente:
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Examine un perfil de suelo no alterado en una calicata;
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Determine los horizontes de suelo presentes;
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Utilizando el Cuadro 17A, evalúe la clase de permeabilidad que corresponde a cada horizonte y estudie cuidadosamente las características estructurales del suelo;
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Confirme sus resultados mediante las demás propiedades del suelo que figuran en el Cuadro 17B;
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En el Cuadro 15 se puede encontrar la amplitud de variación de las tasas de permeabilidad.
Cuadro 17A. Indicadores visuales de permeabilidad: características estructurales del suelo
Cuadro 17B. Indicadores visuales de permeabilidad: textura, comportamiento físico y color del suelo
Ensayo sencillo de campo para estimar la permeabilidad del suelo
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Excave un hoyo hasta la altura de la cintura;
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En las primeras horas de la mañana llénalo de agua hasta el borde;
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Por la noche, parte del agua se habrá filtrado en el suelo;
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Vuelva a llenar el hoyo de agua basta el borde y cúbrelo con tablas o ramas frondosas;
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Si a la mañana siguiente la mayor parte del agua permanece en el hoyo, la permeabilidad del suelo es apta para construir un estanque piscícola en ese lugar;
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Repita este ensayo en diferentes lugares las veces que sea necesario de acuerdo con la calidad del suelo.
Ensayo más preciso de campo para medir las tasas de permeabilidad
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Examine cuidadosamente los dibujos que hizo al estudiar los perfiles del suelo;
Nota: para estimar la permeabilidad, también puede utilizar el método visual (véanse Cuadros 17A y 17B).
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Basándose en la textura y la estructura, determine los horizontes del suelo que parezcan tener la permeabilidad más lenta;
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Marque con un lápiz de color en sus dibujos los horizontes del suelo que parezcan tener la permeabilidad más lenta;
Nota: el agua se filtra en el suelo tanto en sentido horizontal como vertical, pero usted sólo tiene que preocuparse por la filtración vertical, que es la que fundamentalmente tiene lugar en los estanques.
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Excave un hoyo de aproximadamente 30 cm de diámetro hasta alcanzar el horizonte superior menos permeable;
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Recubra completamente las paredes del hoyo con arcilla pesada mojada o revístalas con una lámina de material plástico, si dispone de ella, para impermeabilizarlas;
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Vierta agua en el hoyo hasta que ésta alcance unos 10 cm de profundidad.
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Al principio el agua se filtrare con bastante rapidez y tendrá que reponerla a medida que desaparece. La filtración disminuirá cuando los poros del suelo se saturen de agua. Entonces podrá medir la permeabilidad del horizonte de suelo en el fondo del hoyo;
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Cerciórese de que el agua contenida en el hoyo tiene unos 10 cm de profundidad como antes. Si no es así, añada agua hasta alcanzar esa profundidad;
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Introduzca en el agua una vara de medir y anote la profundidad exacta del agua en milímetros (mm);
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Compruebe el nivel del agua en el hoyo cada hora, durante varias horas. Anote la tasa de filtración por hora. Si el agua se filtra con demasiada rapidez, añada agua hasta alcanzar nuevamente el nivel de 10 cm. Mida con sumo cuidado la profundidad del agua;
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Cuando las mediciones por hora sean casi iguales, la tasa de permeabilidad es constante y puede dejar de medir;
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Si hay grandes diferencias en la filtración por hora, continúe añadiendo agua en el hoyo para mantener la profundidad de 10 cm hasta que la tasa de filtración se mantenga casi igual;
Nota: un horizonte de suelo con una permeabilidad apta para el fondo de un estanque también debe tener un espesor de por lo menos 0,7 a 1 m, a no ser que existan horizontes inferiores con la permeabilidad y el espesor adecuados.
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Compare ahora sus resultados con los valores siguientes:
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Si la tasa de permeabilidad es superior a 5 mm/h, ello puede deberse a que la estructura del suelo se ha desarrollado fuertemente. En esos casos, trate de reducir la tasa de permeabilidad destruyendo la estructura de la manera siguiente:
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Pudele el suelo del fondo del hoyo a la mayor profundidad posible;
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Repita el anterior ensayo de permeabilidad hasta que pueda medir un valor de filtración casi constante (véanse las dos páginas anteriores).
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Si esta nueva tasa de permeabilidad no sobrepasa los 4 mm/h. puede considerar que este horizonte de suelo es apto para el fondo del estanque. Sin embargo, será preciso pudelar el fondo del estanque antes de llenarlo de agua;
Si esta nueva tasa de permeabilidad sobrepasa los 4 mm/h, ello puede deberse a la presencia de un horizonte de suelo permeable debajo del horizonte en que ha realizado el ensayo. Con frecuencia se encuentran estas capas permeables entre capas de suelo que son semipermeables o incluso impermeables.
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Compruébelo con el ensayo siguiente…
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Excave un nuevo hoyo de 30 cm de diámetro desde la capa superior menos permeable (A) hasta la próxima capa menos permeable (B);
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Repita el ensayo de permeabilidad hasta obtener un valor de filtración casi constante
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Si esa tasa de permeabilidad no sobrepasa los 3 m m/h, puede considerar este horizonte de suelo apto para el fondo del estanque. No obstante, recuerde que una permeabilidad tan lenta debe encontrarse en una capa de no menos de 0,7 a 1 m de espesor para asegurar que la filtración a través del fondo sea limitada.
Nota: al construir el estanque, no es necesario que elimine una capa permeable poco profunda si existe una capa más profunda de suelo impermeable que sirva para contener el agua. Ahora bien, los diques del estanque deben construirse hasta la capa impermeable más profunda para formar una cuenca cerrada y evitar la filtración horizontal (véase la Sección 9.0).
9.6 Determinación de los coeficientes de permeabilidad
Para obtener una medición más exacta de la permeabilidad del suelo, puede realizar el siguiente ensayo de campo que le dará un valor para el coeficiente de permeabilidad:
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Utilizando una barrena de sondeo, perfore en el suelo un hoyo de aproximadamente 1 m de profundidad (A), en el lugar donde desea determinar el coeficiente de permeabilidad;
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Llene el hoyo de agua hasta el borde (B/C);
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Durante por lo menos 20 minutos (B/C), vuelva a llenar el hoyo hasta el borde cada cinco minutos para asegurarse de que el suelo está completamente saturado;
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Añada agua basta el borde del hoyo y empiece a medir la velocidad a que baja la superficie del agua, utilizando un reloj para medir el tiempo y una regla graduada en centímetros para medir la distancia (P) entre la superficie del agua y el borde del hoyo (D). Deje de medir cuando la velocidad sea casi constante;
Ejemplo - La velocidad se hace constante
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Mida exactamente la profundidad total del hoyo (H) y su diámetro (D). Exprese todas las mediciones en metros (m): H = 1,15m y D=12cm o 0,12 m
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Para cada una de las dos mediciones anteriores consecutivas de tiempo/distancia, calcule el coeficiente de permeabilidad K utilizando la fórmula siguiente: K= (D÷2) x In (h1÷ h2) / 2 (t2- t1)
Donde (D÷2) es el radio del hoyo o la mitad de su diámetro en metros;
In se refiere al logaritmo natural;
h1 y h2 son las dos profundidades consecutivas del agua en metros, h1 al inicio y h2 al final del intervalo de tiempo;
(t2 - t1 ) expresa el intervalo de tiempo entre dos mediciones consecutivas, en segundos.
Note: los valores de h se pueden calcular fácilmente como las diferencias entre la profundidad total del hoyo (H) y los valores de P sucesivos. Para obtener K en m/s cuide de expresar todas las mediciones en metros y segundos.
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Ahora compare los valores de K (en m/s) con el Cuadro 16.
Ejemplo
Si (D÷2) = 0.12 m ÷ 2 = 0.06 m y H = 1.15 m, los cálculos de los diferentes valores de K se hacen progresivamente de acuerdo con la fórmula (véase el Cuadro 18).
Nota: para obtener el logaritmo natural de (h1 ÷ h2), tendrá que utilizar una tabla de logaritmos o una calculadora de bolsillo.
Recuerde también que 10⁻⁶ = 0.000001 y 6.8 x 10⁻⁶ = 0.000006.
Si desea comparar el valor de K (m/s) con las tasas de permeabilidad (cm/día) multiplique K por 8 640 000 o 864 x 10⁻⁴
K = 1 x 10⁻⁵ m/s = 86.4 cm/día
Nota: la fórmula para calcular el coeficiente de permeabilidad es K = [(D ÷ 2) x In (h1 ÷ h2)] / 2 (t2 - t1) ó A ÷ B (véase la Sección 9.6).
Cuadro 18. Pasos sucesivos para el cálculo de los coeficientes de permeabilidad sobre la base de mediciones de campo (para la perforación de ensayo con H = 1.15 m y D = 0.12 m)
Nota: recuerde que el exponente negativo de 10 refleja el lugar decimal que hay que darle al multiplicando:
K=2X 10⁻³ =0,002 m/s
K = 5 X 10⁻⁷ = 0,0000005 m/s
Suelo y Piscicultura de agua dulce