UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA

ÁREA AGROPECURIA Y DE RECURSOSNATURALES RENOVABLES

CARRERA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA

MÓDULO VII“AGUAS SUBTERRÁNEAS Y DRENAJE

AGRÍCOLA”

Unidad: DRENAJE AGRÍCOLA

PRACTICA DE LABORATORIO:“CALCULO DE LA CINDUCTIVIDAD

HIDRÁULICA MÉTODO INVERSO DEL AUGER HOLE (PORCHET)”

Docente: Ing. Lauro Conde

Alumno: Max J. González Fuertes.

Loja – Ecuador

Universidad Nacional de LojaPráctica de Laboratorio “Conductividad Hidráulica”

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2010

1. INTRODUCCIÓN

La conductividad hidráulica es una característica de mucha

importancia en estudios de riego, drenajes, conservación y

recuperación de suelos, ya que cuando su valor decrece hasta 0.12

m/día, el riego y el drenaje pueden dificultarse; lo que a su vez reduce

considerablemente el potencial agrícola de los suelos (Laurent, 1967).

Los problemas de riegos o drenajes, siempre se complican

cuando se presentan en las capas superficiales o sub-superficiales,

obstáculos de carácter textural o estructural que impide la entrada

del agua por infiltración o limita su movimiento, después de recorrida

cierta distancia vertical en los suelos por el fenómeno de la

“dispersión de las partículas coloidales” (Laurent, 1967).

La conductividad hidráulica, además de influir sobre la

distribución de las aguas en el perfil del suelo y la facilidad de drenar

los terrenos encharcados, puede también contribuir notablemente a

elevar el grado de erosión al aumentar las aguas de escorrentía por

una disminución de la capacidad de infiltración de los suelos.

En conformidad con lo dicho anteriormente, nos internamos en

el estudio de ciencias como la mecánica de suelos, física de suelos,

entre otras con la finalidad de entender la racionalidad del

comportamiento del agua.

Dentro de esta temática los estudiantes del VII Módulo de la

Carrera de Ingeniería Agrícola del Área Agropecuaria y de Recursos

Naturales Renovables, procedimos a realizar la práctica de

Laboratorio denominada: “Cálculo de la Conductividad Hidráulica

por el Método Inverso del Auger Hole” planteándonos los

siguientes objetivos:

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✔ Determinar la conductividad hidráulica de un suelo que tiene tendencias a inundarse frecuentemente.

1. REVISIÓN DE LITERATURA

La conductividad hidráulica es una medida de la resistencia al flujo ofrecida por los poros del suelo. Las investigaciones que han tratado este tema han diferenciado entre los efectos de los fragmentos de roca situados en la superficie o en el interior del suelo. Los primeros 3 afectan a la intercepción de la lluvia, a la evapotranspiración, escorrentía superficial e infiltración. Los fragmentos gruesos situados bajo la superficie del suelo influyen en la proporción de infiltración y en la producción de escorrentía (Poesen and Lavee, 1994).

Con relación a la conductividad hidráulica del suelo se ha señalado (Saunders et al, 1978) que este es un parámetro esencial en la determinación cuantitativa del movimiento del agua en el suelo y, consecuentemente para solucionar problemas que envuelven irrigación, drenaje, recarga y conservación del suelo. La conductividad hidráulica es afectada por la textura y estructura del suelo, (Reichardt, 1985) siendo mayor en suelos altamente porosos, fracturados o agregados y menor en suelos densos y compactados.

Varias investigaciones se han realizado en relación a los efectos de la labranza sobre la conductividad hidráulica. Aunque algunas veces los resultados son contradictorios, muchos investigadores coinciden que en aquellos sistemas donde se perturba el suelo se consiguen generalmente mejores propiedades físicas (mayor macroporosidad y conductividad hidráulica, y menor densidad aparente) en la capa sometida a laboreo que en la mayoría de los sistemas conservacionistas. Sin embargo, el efecto de la labranza sobre dichos parámetros puede ser transitorio ya que, por impacto de las gotas de lluvia, el suelo puede recompactarse y disminuir la macro porosidad, lo cual tiene una influencia muy fuerte sobre el comportamiento del agua del suelo (Adeoye, 1982; Lindstrom y Onstad, 1984).

La estructura es el factor primordial en la evaluación de la conductividad hidráulica aunque no sea el único. Otras características físicas como la textura, la cuantía y dirección de la superposición de los agregados, influye considerablemente.

La textura por sí sola no es un factor determinante aunque generalmente los suelos de textura gruesa se asocian con una conductividad hidráulica alta.

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También, la estabilidad de los agregados en algunos suelos y el número y tamaño de los poros visibles o la dirección de la fractura más fácil en otros, parecen correlacionarse con la permeabilidad. Por lo tanto, la conductividad hidráulica no debe determinarse con base en una sola característica aislada sino teniendo en cuenta toda la serie de aquellos factores que conjuntamente la determinan.

Según Ravina y Magier (1984) los fragmentos gruesos situados en los primeros 20 cm del suelo contribuyen a mejorar las propiedades físicas aumentando la porosidad y la conductividad hidráulica; en este sentido actúan como un “esqueleto” que dificulta la compactación del suelo. Sin embargo otros autores encuentran una relación negativa entre el contenido de fracción gruesa en superficie y la conductividad hidráulica (Wilcox et al., 1988).

Varios estudios han intentado aclarar estos resultados contradictorios (Wilcox et al., 1988; Brakensiek y Rawls, 1994). Se ha sugerido que en áreas secas, sin protección de la vegetación, el impacto de las gotas de lluvia provoca una compactación e impermeabilización en la capa superficial del suelo, disminuyendo la infiltración, mientras que en zonas húmedas, con cubierta vegetal, esto no sucedería.

Entre los métodos de laboratorio para la determinación de la conductividad hidráulica en condiciones de saturación se incluyen el permeámetro de carga constante y el permeámetro de carga decreciente (Libardi, 1992).

Salgado (2001), reporta el uso del permeámetro de cabeza variable el cual fue desarrollado para materiales de baja permeabilidad y presenta algunas ventajas sobre el permeámetro de cabeza constante para tales materiales. Estas ventajas son: Fácil control de la cabeza, efectos de evaporación insignificantes en los resultados. A la vez presenta varias desventajas que lo hacen inaplicable en suelos en la mayoría de los suelos laborables: la gran cantidad de equipo necesario cuando se trabajan varias muestras simultáneamente, posibles alteraciones en el suelo al llenar periódicamente el recipiente, efecto del aire contenido en el suelo al calcular la permeabilidad.

El mismo autor anota las ventajas que presenta el uso del permeámetro de cabeza constante: El suelo no se altera durante el flujo de agua; el flujo es lento y de medida exacta; el recipiente de agua requiere un mínimo de atención; y lo mas importante, facilidad de aplicación y bajo costo del equipo usado.

Salgado (2001), sobre investigaciones en parámetros afirma que la sección el permeámetro que contiene el suelo debe ser cilíndrica y constante para prevenir restricciones de flujo.

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La medición de la conductividad hidráulica por cualquier método produce un valor equivalente para cada patrón particular de flujo producido en un suelo uniforme por las condiciones de frontera del método utilizado. Este valor será diferente para cada condición de frontera si los suelos varían espacialmente (Youngs, 2001).

2. MATERIALES Y MÉTODOS

2.1.Materiales

Los materiales que se utilizaron en la práctica son:

✔ Barreno✔ Dispositivo para medir el nivel freático✔ Recipiente con agua✔ Cinta métrica✔ Pala✔ Cronómetro

1.1.Metodología

Para efectuar la presente práctica se llevo a cabo la siguiente metodología:

✔ Selección del área y limpieza de la superficie

Primeramente se determino un área que presentara características de frecuente inundación, debido a que el suelo está formado por algún estrato impermeable e impide la infiltración del agua a capas más profundas.

Una vez determinada el área delimitamos una pequeña superficie de aproximadamente 30 cm x 30 cm, se prosigue con la limpieza de esta superficie donde se realizará la perforación.

✔ Toma de datos para medir la conductividad hidráulica

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Primeramente utilizamos el barreno para perforar un agujero de aproximadamente un metro de profundidad y un diámetro de acuerdo a la envergadura del barreno.

Luego llenamos el agujero con agua hasta una altura “h0” momento en que se pone en marcha el cronómetro “to”, cuando el nivel a descendido a “hn” se lee el tiempo “tn”.

El valor de la conductividad hidráulica está dado por la siguiente expresión:

K=1.15 rlogho+r2-loghn+r2tn-to

Donde:

K = Conductividad hidráulica (cm/s) transformar a (m/día)r = Radio del agujero (cm)ho = Nivel superior del agua (cm)hn = Nivel inferior del agua (cm) tn-to = Tiempo transcurrido (s)

Fig. 1. Esquema de la metodología para calcular la conductividad hidráulica del suelo

En la práctica para obtener los valores de “ho” y “hn”, aplicamos un artificio de mediación utilizando el dispositivo para medir los

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niveles freáticos; una vez lleno el agujero de agua colocamos este dispositivo el cual tiene una escala graduada, entonces podemos tomar dos lecturas, la primera en el tiempo “to” y la segunda en el tiempo “tn”.

Entonces los valores de “ho” y “hn” se obtienen de la siguiente forma:

ho = H - Ho hn = H - Hn

1. RESULTADOS

4.1. Resultados de la toma de datos

H = 110 cm

Ho = 36.5 cm

Hn = 38.7 cm

tn - to = 20 min = 1200 s

D = 10 cm entonces r = 5 cm.

4.2. Cálculos

ho = H - Ho

ho = 110 cm – 36.5 cm

ho = 73.5 cm

hn = H - Hn

hn = 110 cm – 38.7 cm

hn = 71.3 cm

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K=1.15 rlogho+r2-loghn+r2tn-to

K=1.15 x 5cm log73.5cm+5cm2-log71.3cm+5cm21200 s

K = 6.11 * 10-5 cm/s

K = 0.05 m/día

2. DISCUSIÓN

La práctica del Auger Hole (Porchet) es válida para lugares donde no se encuentra la capa freática y se necesita conocer la conductividad hidráulica del suelo; también se la utiliza en lugares que se inundan con frecuencia, pero no por el ascenso de la capa freática sino por la presencia de estratos impermeables en el suelo.

La práctica de conductividad hidráulica se realizó en los alrededores de la Estación Meteorológica “La Argelia”, la zona designada presenta problemas de inundación y encharcamiento frecuente por ello ha sido la más adecuada para nuestros fines; el único problema que se presentó en la ejecución de la práctica, fue que el agujero no alcanzó una profundidad mayor a 0.80 m. debido a la presencia de un estrato rocoso impermeable, lo cual causó mayores problemas al medir los valores de conductividad hidráulica.

3. CONCLUSIONES

✔ El valor de la conductividad hidráulica de este suelo es de 0.05 m/día; posiblemente esta es una de las razones para que esta zona frecuentemente se inunde.

✔ La presencia del estrato rocoso a una profundidad cercana a la superficie (0.60 – 0.80 m), es otro indicativo importante para que este suelo se inunde frecuentemente en vista de que impide la infiltración vertical del agua en el suelo y provoca que la infiltración horizontal sea más lenta de lo normal y causen encharcamiento.

✔ De acuerdo al valor obtenido de conductividad hidráulica de 0.05 m/día, es un indicativo de que este suelo puede ser arcilloso con grietas o también un franco arenoso muy fino (Anexo1); cualquiera de los dos perjudiciales a la hora del drenaje.

1. BIBLIOGRAFÍA

• POESEN, J. & LAVEE, H. 1994. Rock fragments in top soils: significance and processes. Catena, 23(1-2), 1-28.

• REICHARDT, K. 1985. Processos de transferência no sistema solo-planta-atmosfera. 4ed. Piracicaba. Fundação Cargill. 445p.

• SALGADO, E. 2001. Relación suelo agua planta. Ediciones universitarias de Valparaíso. Chile. Tomado de http://www.euv.cl/archivos_pdf/libros_nuevos/suelo_agua.pdf. El 4 de septiembre de 2005.

• SAUNDERS, L; LIBARDI, P & REICHARDT, K. 1978. Condutividade hidráulica da Terra Roxa Estruturada em condições de campo. R. Bras. Ci. Solo, Campinas, 2: 164-7.

• WILCOX, L. 1988. The quality of water for irrigation use. USDA. Tech. Bull. Nº 962. pág 40.

• YOUNGS, E. 2001. Hydraulic conductivity of saturated soils. Chapter 4 in Soil and environmental analysis. Edited by K. A. Smith y C. E. Mullins. Marcel Dekker, Inc. New York, USA.

1. ANEXOS

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ANEXO 1: Tabla de intervalos de magnitud de la conductividad hidráulica

TEXTURA K *(m/día)

Ao Gruesa con grava 10 – 50

Fo-Ao, Arena muy fina 1 – 5

Fo, Fo Ac bien estructurado 1 – 3

Fo Ao Muy Fino 0.5 – 2

Ac con grietas 0.5 – 2

Ao muy fina 0.2 – 0.5

Fo Ac mal estructurado 0.02 – 0.2

Ac compacta < 0.02

*Para fines de drenaje

ANEXO 2:

Fig. 1. Selección del Lugar

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Fig. 2. Limpieza de la superficie

Fig. 3. Barrenación

Fig. 4. Llenado del orificio con agua

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Fig. 5. Colocación del dispositivo de medición

Fig. 6. Toma de datos

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