INFILTRACIÓN

• Ing. Carlos Miguel Torrado C.

Es el paso del agua a través de la superficie del suelo, hacia el interior de la tierra. Es el factor mas importante en la relación de lluvia – escurrimiento y en los problemas de diseño asociados a la dimensión y operación de obras hidráulicas. La infiltración esta determinada por factores como la textura del suelo, el contenido de humedad, la cobertura vegetal, uso del suelo y topografía del terreno, entre otros.

DEFINICIÓN

VELOCIDAD DE INFILTRACIÓN La tasa máxima a la cual puede penetrar agua en un suelo, dentro de ciertas características se llama capacidad de infiltración. La velocidad de infiltración (i) se define como el volumen de agua que entra en el perfil por unidad de superficie del suelo y por unidad de tiempo (mm/h).

PERFIL DE INFILTRACION DE HUMEDAD

MEDIDAS DE INFILTRACIÓN

Los cilindros concéntricos es el métodos más extendido para determinar la velocidad de infiltración. Es un método de campo en el que se utilizan dos cilindros de lamina de acero procurando no alterar las condiciones naturales del suelo.

Con el objeto de simular el proceso de la lluvia se vierte agua tanto en el cilindro interior como en el espacio que queda entre ambos, procediendo a continuación a medir las alturas de agua infiltradas en el cilindro interno en determinados intervalos de tiempo.

El agua situada entre los dos cilindros cuyo objeto es el de hacer que el ensayo reproduzca la lluvia tendera a descender mas rápido que la situada dentro del cilindro al infiltrarse un terreno mas seco.

Descenso de agua en micras por segundo de acuerdo a la textura del suelo.

Las características de los cilindros y los procedimientos empleados por los especialistas no siempre son los mismos:

Israelsen: Diámetro de los cilindros>=0,23m Altura de los cilindros 0,30m Se introduce en el terreno = 0,15m

Romano y Lauciani: Diámetro cilindro int=0,113m Diámetro cilindro ext.= 0,34m Altura de los cilindros=0,25m Se introduce en el terreno = 0,10m Secretaria de agricultura y Recursos hidráulicos de México: Diámetro cilindro int=0,30m Diámetro cilindro ext.= 0,36m Altura de los cilindros=0,30m Se introduce en el terreno = Entre 0,10 y 0,15m

EJEMPLO Para un ensayo se emplearon anillos concéntricos de Israelsen y la duración total fue de 180 minutos. Como al principio la infiltración es mayor por el estado de humedad del suelo, se inicio con tiempos cortos y se incrementaron.

Hora

Tiempo Lamina infiltrada (mm) Velocidad de

infiltración (mm/h)

Parcial Acumulado En cada

intervalo

Desde el comienzo Sumatoria

Curva II

En cada intervalo Curva I

Desde el comienzo Curva III

10:00 0 0 /

10:02 2 9,5 285

10:04 2 4,4 132

10:06 2 3,3 99

10:08 2 3,3 99

10:10 2 2,9 87

10:15 5 5,6 67,2

10:20 5 5,4 64,8

10:30 10 9,6 57,6

10:40 10 6,4 38,4

11:00 20 12,6 37,8

11:20 20 11 33

11:40 20 10 30

12:00 20 9 27

12:20 20 8 24

12:40 20 7,5 22,5

1:00 20 7 21

Hora

Tiempo Lamina infiltrada (mm) Velocidad de

infiltración (mm/h)

Parcial Acumulado En cada intervalo Desde el comienzo Sumatoria Curva II

En cada intervalo Curva I

Desde el comienzo Curva III

10:00 0 0 0 0 / /

10:02 2 2 9,5 9,5 285 285

10:04 2 4 4,4 13,9 132 208,5

10:06 2 6 3,3 17,2 99 172

10:08 2 8 3,3 20,5 99 153,75

10:10 2 10 2,9 23,4 87 140,4

10:15 5 15 5,6 29 67,2 116

10:20 5 20 5,4 34,4 64,8 103,2

10:30 10 30 9,6 44 57,6 88

10:40 10 40 6,4 50,4 38,4 75,6

11:00 20 60 12,6 63 37,8 63

11:20 20 80 11 74 33 55,5

11:40 20 100 10 84 30 50,4

12:00 20 120 9 93 27 46,5

12:20 20 140 8 101 24 43,2857143

12:40 20 160 7,5 108,5 22,5 40,6875

1:00 20 180 7 115,5 21 38,5

CURVAS DE VELOCIDAD DE INFILTRACIÓN

PRECIPITACIÓN EFECTIVA

Aquella que se convierte en escorrentía después de haberse producido unas perdidas por el agua detenida por diferentes obstáculos, la interceptada por la superficie del suelo y la que se infiltra. Para determinar las perdidas se plantea el método de la relación Suelo – Cobertura.

𝑃𝑒 = ((P−(508/CN)+5,08) 2)/(P+(2032/CN)-20,32))

Pe= Precipitación efectiva.

P= Precipitación total en cm

CN=Curva Numero.

CURVA NUMERO (CN) El valor de CN depende del uso, tipo, pendiente y condiciones de humedad del suelo. Para definir los grupos hidrológicos del suelos se utilizan las clases texturales (USDA).

Las características principales de los tipos de suelos de acuerdo al servicio de conservación de los estados unidos son:

A XII ARENOSA B VIII FRANCO-LIMOSA

XI ARENOSA -FRANCA VII FRANCA

IX FRANCO-ARENOSA X LIMOSA

C VI FRANCO-ARCILLO-ARENOSA D III ARCILLO-ARENOSA

V FRANCO-ARCILLO-LIMOSA II ARCILLO-LIMOSA

IV FRANCO-ARCILLOSA I ARCILLOSA

Tipo Característica

A Arenas con poco limo y arcilla de tamaño medio (Esc min).

B Arenas finas y limos orgánicos en inorgánico.

C Arenas muy finas, limos y bastante arcilla-

D Arcillas en grandes cantidades, suelos con esc. Maximo.

CONDICION DE INFILTRACION SEGÚN COBERTURA

Buena Cobertura mayor a 75%

Regular Cobertura entre 50%-75%

Mala Cobertura menor del 50%

Como las características del área cambian en una cuenca, tales como los suelos, la cobertura o el uso del uso es necesario obtener un CN ponderado. 𝐶𝑁p = (𝐴1 ∗ 𝐶𝑁1 + 𝐴2 ∗ 𝐶𝑁2 + ⋯ + 𝐴𝑛 ∗ 𝐶𝑁𝑛)/A total

CURVAS DE ESCORRENTÍA PARA LOS COMPLEJOS SUELO-COBERTURA (CN)

EJEMPLO PRECIPITACION EFECTIVA • La subcuenca del rio molino presenta suelo franco

arcilloso con una pendiente promedia entre 10% -30% y la siguiente distribución del uso del suelo. Determinar la precipitación efectiva de una lluvia de 45 mm. Cobertura Área Ha Pastos 674,94 Cultivos 176,19 Rastrojo 2074,19 Bosque 1592,6

COBERTURA / USO CONDICION HIDROLOGICA

CN

Bosques Regular

Cultivos Mala

Pastos Mala

Rastrojo ---

CNp=? Pe=?

COEFICIENTE DE ESCORRENTIA

Se considera que las perdidas son proporcionales a la altura de la precipitación media. Por lo tanto el coeficiente de escorrentía esta dado por la relación entre el volumen de escorrentía directa y el volumen total de la lluvia.

𝐶 =𝑉𝑒𝑑

𝑉𝑝

C= Coeficiente de escorrentia.

Ved=Volumen de escorrentía directa en 𝑚3.

Vp= Volumen de la lluvia en 𝑚3.

EJEMPLO:

Determinar el coeficiente C de escorrentía para una lluvia de 54,3 en mm en área de 27 𝐾𝑚2 si la escorrentía directa es de 530704 𝑚3.

COEFICIENTE DE ESCORRENTIA PONDERADO

Como es una cuenca se presentan diferentes coberturas, usos del suelo, tipos de suelos y pendientes por lo tanto es necesario obtener un valor del coeficiente de escorrentía C ponderado ya que la escorrentía va a ser diferente para cada subárea.

𝐶𝑝𝑜𝑛𝑑 =A1 ∗ C1 + A2 + C2 + ⋯ + AN + CN

𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙

Método de Molchanov

EJEMPLO

Los suelos de la subcuenca del rio Molino, son arcillosos y una pendiente con un rango entre el 10% y el 30%. Determinar el valor de C para el sector rural sis se tienen los siguientes usos:

COBERTURA Ha Valor de C

Bosque 674,94

Cultivo 176,17

Pasto 2074,19

Rastrojo 1592,6

Total 4517,9