Compresibilidad y resistencia al corte de suelos salinizados y sodificados por irrigación - Palancar, Telmo (2007)
El riego se ha transformado en el método más exitoso para poner en producción las tierras marginales, incrementando de esta manera la productividad para dar alimentos a una población mundial cada día mayor. Cuando se utilizan aguas de mala calidad puede incrementarse el riesgo de salinización y sodificación del suelo y del acuífero subterráneo. Los problemas asociados con suelos salinos y sódicos se incrementarán en el futuro debido al uso indiscriminado del riego y al empobrecimiento de la calidad de las aguas usadas, como consecuencia del uso de las aguas de buena calidad para consumo humano e industrial. La calidad del agua de riego se define en función de su contenido total de sales (evaluado a través de la conductividad eléctrica, CE) y de su contenido de sodio (evaluado con respecto al contenido de calcio y magnesio a través de la Relación de Adsorción de Sodio, RAS). La salinidad aumenta el potencial osmótico de la solución del suelo limitando la absorción de agua por parte de las plantas. El sodio, por sus características iónicas, es poco retenido por el complejo de intercambio del suelo generando sistemas con tendencia a la dispersión (debido a aumentos en el espesor de la doble capa difusa), que se traducen en una arquitectura porosa pobre e inestable con la consiguiente mala circulación del agua y los gases del suelo, formación de costra, disminución de la infiltración y aumento de la erosión. Estas consecuencias ocasionan la reducción en el crecimiento de las plantas. La mayor salinidad del agua, en cambio, más allá de la problemática osmótica, tiende a la floculación de los coloides, contrarrestando el efecto negativo del sodio. Los cambios producidos en la matriz del suelo a causa de la salinidad y sodicidad se reflejan en sus propiedades químicas, físicas, mecánicas y biológicas. El aumento en el contenido de arcilla dispersa generado por el sodio causa el aumento de la resistencia del suelo a las tensiones externas. Numerosos trabajos de investigación han demostrado las consecuencias negativas para la producción agrícola, producto de la salinidad-sodicidad de los suelos, prioritando el estudio de sus propiedades químicas y biológicas. Sin embargo, aún persiste el problema relativo a la relación existente entre distintos niveles de salinidad-sodicidad y parámetros físicos básicos de gran importancia en el comportamiento mecánico del suelo frente al tráfico y la labranza. La respuesta de los suelos a las tensiones externas puede ser estudiada en el marco de la teoría clásica de Mohr-Coulomb que relaciona las tensiones normales y tangenciales que puede soportar el suelo antes de adquirir deformaciones plásticas y también en el marco de la Teoría del Estado Crítico que abarca además el cambio de volumen que recibe el suelo ante la aplicación de estas tensiones, aspecto sumamente relevante en traficabilidad y laborabilidad. La compresibilidad de los suelos en laboratorio puede ser estudiada realizando pruebas de compresión uniaxial y la resistencia al corte mediante el ensayo triaxial, o el ensayo de corte directo a tensión normal constante, o a volumen constante. La prueba de compresión uniaxial y el ensayo de corte directo a tensión normal constante fueron los métodos empleados en este trabajo para analizar el problema planteado y aportar posibles soluciones. Se plantea como hipótesis que la alteración química sufrida por los suelos regados con aguas de mala calidad los vuelve menos compresibles y más resistentes al corte, provocando variaciones en la recta de Coulomb y en la posición de la línea de estado crítico. Los objetivos que se plantean se basan en aportar a la comprensión de la problemática para fundamentar la generación de soluciones, desarrollando una metodología que permita evaluar la compresibilidad y resistencia al corte de los suelos, cuantificando la incidencia de la calidad del agua de riego en dichas propiedades, analizándolas en el marco de la teoría clásica de Mohr-Coulomb y del estado crítico y estimando su impacto agronómico. En la Facoltà di Agraria e Forestale de Florencia, Italia, se realizaron ensayos de compresión uniaxial y de corte directo a tensión normal constante sobre 4 series de suelos que fueron regados artificialmente con aguas de distinta calidad. Se utilizaron 3 tratamientos. El tratamiento 1-5 (3) consistió en bañar al suelo tres veces con una solución de 1mmol/litro de salinidad y 5 de RAS. El 100-45 (3) resultó de tratar 3 veces al suelo con una solución de 100mmol/litro y 45 de RAS. Por último, en el tratamiento 100-45 (5) se realizaron 5 baños con la solución de 100mmol/litro y 45 de RAS. Los suelos fueron secados, molidos y tamizados con malla de 2 mm, humedecidos al 23% de humedad y comprimidos en sucesivos pasos hasta una tensión normal de 600kPa. Durante la compresión se registró la altura de la muestra para poder calcular la densidad alcanzada por el suelo ante las diferentes tensiones normales impuestas. Luego de comprimidas, las muestras permanecieron 24 horas descargadas y se permitió una pérdida de humedad del 3%, arribando al momento del corte con un 20% de humedad. Las muestras fueron cortadas a tres tensiones normales: 60, 240 y 480kPa correspondientes a un 10, 40 y 80% respectivamente de la tensión normal máxima de compresión. Durante el corte se registró el esfuerzo de corte y el desplazamiento horizontal y vertical de la muestra. Con los datos obtenidos se calcularon las tensiones cortantes y las densidades previas y posteriores al corte y se realizaron los análisis de la varianza y la comparación de las medias de cada tratamiento por la metodología de las diferencias mínimas significativas con un nivel de significancia del 5% (DMS 5%). Posteriormente se efectuaron las regresiones tensión normal-tensión de corte con las que se determinaron los parámetros cohesión y ángulo de rozamiento interno de la recta de Coulomb, realizando luego la comparación entre regresiones. En el ámbito de la teoría del estado crítico se realizaron regresiones para determinar la posición de la línea de consolidación virgen y la línea de estado crítico en el plano volumen másico – ln (tensión normal). En el análisis del comportamiento compresivo se encontraron diferencias entre tratamientos en pocos casos, verificándose una tendencia a la mayor densidad para el tratamiento 1-5 (3) atribuida a una mayor facilidad de compresión de sus poros de mayor tamaño en comparación de los del tratamiento 100-45 (5). La resistencia al corte del tratamiento 100-45 (5) fue significativamente superior que la del 1-5 mostrando 100-45 (3) un comportamiento intermedio. La mayor resistencia al corte del tratamiento 100-45 (5) se adjudicó a un mayor contenido de arcilla dispersa. Trazadas las rectas de Coulomb, se comprobó que la mayor tensión cortante experimentada por el tratamiento 100-45 (5) se debió a un aumento en el parámetro cohesivo, sin experimentar cambios en el ángulo de rozamiento interno. La hipótesis ad-hoc que se enuncia para explicar el aumento de la cohesión es que dicho aumento se debería a un incremento de los fenómenos de tensión superficial del tratamiento de mayor sodicidad debido a un reordenamiento poroso en el que se incrementarían el número de poros pequeños en desmedro de los poros grandes como consecuencia de la dispersión de los coloides. En el ámbito de la teoría del estado crítico no se encontraron diferencias evidentes entre la posición de las líneas de consolidación normal de los distintos tratamientos, resultado coherente con el análisis del comportamiento compresivo. Se verificó, en cambio, un evidente desplazamiento de la línea de estado crítico hacia la línea de consolidación normal del tratamiento 100-45 (5) con respecto al 1-5 (3), aumentando con esto el dominio supercrítico del mismo, es decir el espacio en el cual el suelo se expande al ser cortado. La menor posibilidad de compresión con el corte del suelo más sódico, se adjudicó nuevamente a su predominancia de pequeños poros, incapaces de alojar partículas mayores o microagregados, es decir permitir reacomodamientos. Los resultados encontrados permiten extrapolar ciertas implicancias agronómicas. Los suelos sódicos demandan un mayor gasto energético para ser labrados siendo mayor el efecto de la sodicidad cuanto más fina sea la textura. Asimismo, la mayor resistencia al corte les brinda una mayor capacidad portante, es decir mejor transitabilidad dado que a una rueda le demandará mayor esfuerzo tangencial cortar dicho suelo y patinar. También resultan más difíciles de comprimir al presentar poros de menor tamaño. Si bien estos aspectos pueden resultar en principio positivos para aspectos tales como la transitabilidad, debe tenerse en cuenta que se tornan contraproducentes a la hora de evaluar la capacidad productiva de los mismos toda vez que las condiciones edáficas óptimas para la producción de cultivos (poros grandes, densidad aparente baja, suelo mullido y friable) se contraponen con las características óptimas de un suelo para su transitabilidad (suelo con poca porosidad, de alta densidad aparente, indeformable). Existen evidencias que indican una disminución en la friabilidad de los suelos sódicos con lo que se reduciría su ventana de labor. La mayor tendencia a la expansión de dichos suelos con la labranza resultará de una efectividad limitada debido a que se tratará de una estructura con agregados masivos y de poros interagregados inestables. El riego indiscriminado, sin un análisis exhaustivo de la calidad del agua de riego y del componente edáfico puede resultar en la falta de sustentabilidad del sistema en el corto plazo. Finalmente, se concluye que la metodología desarrollada ha permitido evaluar adecuadamente las propiedades estudiadas. Dichas propiedades dependen de la calidad del agua de riego, siendo el sodio el responsable del aumento del parámetro cohesión y en consecuencia de la resistencia al corte. Por otra parte, la densidad aparente resulta un parámetro de menor sensibilidad que la resistencia al corte. Por último, las propiedades de estado crítico del suelo son afectadas por la degradación química aumentando el espacio super-crítico.