LA INFILTRACION EN EL CICLO HIDROLOGICO

1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSIÓN PUERTO ORDAZ
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
PROFESOR: INTEGRANTE:
Ing. ENID MORENO JORGE CEDEÑO
CI: 14.509.752
ESCUELA:
N°42
Puerto Ordaz, Junio del 2014

2. INTRODUCCIÓN
La cuantificación del fenómeno de infiltración tiene dos grandes aplicaciones:
El agua precipitada sobre la superficie de la Tierra, queda detenida, escurre por ella, o bien penetra
hacia el interior. De esta última fracción se dice que se ha filtrado. El interés económico del
fenómeno, es evidente si se considera que la mayor parte de los vegetales utilizan para su
desarrollo agua infiltrada y que el agua subterránea de una región tiene como presupuesto previo
para su existencia, que se haya producido infiltración.
Agricultura de Secano: Interesa conocer la capacidad de infiltración de un suelo para evaluar la
cantidad de agua infiltrada por una lluvia en particular (Intensidad de precipitación vs I) en un lote
cultivado, o la infiltración promedio de una zona determinada. Asociando la infiltración con los
datos del perfil hídrico de la zona enraizable, puede estimarse el consumo de agua de los cultivos,
por un lado, y la cantidad de agua que recargará el acuífero, por el otro. Aquí se desprende otra
importante aplicación que resulta del conocimiento certero de la capacidad de infiltración.
Por otra parte, muchas de las prácticas agronómicas que evitan la degradación del suelo tienen
como objetivo principal aumentar la capacidad de infiltración. Sirve también como información de
base de modelos matemáticos de simulación de cultivos.
Agricultura regadía: Para el diseño de riego por superficie es fundamental conocer la infiltración
acumulada, en riego por aspersión con sistemas estacionarios interesa la velocidad de infiltración
básica y en el diseño de riego con pivote central se necesita la ecuación de velocidad de
infiltración. Es decir que en diseño de los principales métodos de riego interviene la infiltración.

3. CONTENIDO
1) Infiltración, subprocesos, infiltrómetros.
2) Definición y forma de obtener el Hietograma.
3) Definición y forma de obtener el Hidrograma.
4) Definición y forma de obtener el Índice de infiltración.
5) Definición y forma de obtener la Curva de capacidad de infiltración.
6) Modelo de Horton.
7) Referencias correctamente presentada.

4. INFILTRACIÓN
Es el proceso por el cual el agua penetra en el suelo, a través de la superficie de la tierra, y
queda retenida por ella o alcanza un nivel acuífero incrementando el volumen acumulado
anteriormente. Superada por la capacidad de campo del suelo, el agua desciende por la acción
conjunta de las fuerzas capilares y de la gravedad. Esta parte del proceso recibe distintas
denominaciones: percolación, infiltración eficaz, infiltración profunda, etc.
Su importancia radica en que el agua infiltrada constituye el principal sustento de la vegetación
y origen de las aguas subterráneas. El análisis conceptual de la infiltración es común a
condiciones naturales (precipitaciones) o de regadío, aunque en este caso las condiciones de
aplicación son controladas.

5. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE INFILTRACIÓN
Considérese un área de suelo suficientemente pequeña, de modo que sus características (tipo de
suelo, cobertura vegetal, etc), así como la intensidad de la lluvia en el espacio puedan considerarse
uniformes, aunque la última cambie en el tiempo.
Supóngase que, al inicio de una tormenta, el suelo está de tal manera seco que la cantidad de agua
que puede absorber en la unidad de tiempo, es decir, su capacidad de infiltración es mayor que la
intensidad de la lluvia en esos primeros instantes de la tormenta. Bajo estas condiciones, se
infiltraría toda la lluvia, es decir (Aparicio, 1999):
Si i < fp , f = i
Donde:
f = infiltración, expresada como lámina por unidad de tiempo (mm/h)
fp = capacidad de infiltración (mm/h)
i = intensidad de la lluvia
En esta parte del proceso las fuerzas producidas por la capilaridad predominan sobre las
gravitatorias. Al avanzar el tiempo, si la lluvia es suficientemente intensa, el contenido de humedad
del suelo aumenta hasta que su superficie alcanza la saturación. En este momento se empiezan a
llenar las depresiones del terreno, es decir, se originan charcos y comienza a producir flujo sobre la
superficie. A este instante se le llama tiempo de encharcamiento y se denota como tp.

6. Después del tiempo de encharcamiento, si la lluvia sigue siendo intensa, las fuerzas
capilares pierden importancia frente a las gravitatorias pues el contenido de humedad en el
suelo aumenta y la capacidad de infiltración disminuye con el tiempo. Además, bajo estas
condiciones, la infiltración se hace independiente de la variación en el tiempo de la
intensidad de la lluvia en tanto que ésta sea mayor que la capacidad de transmisión del
suelo, de manera que:
Si i > fp , t > tp, f = fp
Donde fp decrece con el tiempo.

7. FACTORES QUE AFECTAN LA INFILTRACIÓN
El agua, para infiltrarse, debe penetrar a través de la superficie del terreno y circular a través de
éste. Hay dos grupos de factores que influyen en el proceso:
a) Factores que definen las características del terreno o medio permeable
b) Factores que definen las características del fluido (agua) que se infiltra
Algunos de estos factores influyen más en la intensidad de la infiltración, al retardar la entrada
del agua, que en el total de volumen infiltrado, pero tal consideración se desprende,
intuitivamente, de la descripción que a continuación se hace de ellos:
Características del terreno o medio permeable
 Condiciones de superficie. La compactación natural, o debida al tránsito, dificulta la
penetración del agua y por tanto, reduce la capacidad de infiltración. Una superficie
desnuda está expuesta al choque directo de las gotas de lluvia, que también da lugar a la
compactación, lo que también disminuye la infiltración.
Cuando un suelo está cubierto de vegetación, las plantas protegen de la compactación por
impacto de lluvia, se frena el recorrido superficial del agua que está, así, más tiempo expuesta
a su posible infiltración, y las raíces de las plantas abren grietas en el suelo que facilitan la
penetración del agua.

8. Características del terreno. La textura del terreno influye por sí y por la influencia en la
estabilidad de la estructura, tanto menor cuanto mayor sea la proporción de materiales finos que
contenga. Un suelo con gran cantidad de limos y arcillas está expuesto a la disgregación y arrastre
de estos materiales por el agua, con el consiguiente llenado de poros más profundos.
La estructura define el tamaño de los poros. La existencia de poros grandes reduce la tensión
capilar, pero favorece directamente la entrada de agua.
El calor específico del terreno influirá en su posibilidad de almacenamiento de calor que, afecta a
la temperatura del fluido que se infiltra, y por tanto a su viscosidad.
El aire que llena los poros libres del suelo, tiene que ser desalojado por el agua para ocupar su
lugar y esto suaviza la intensidad de la infiltración, hasta que es desalojado totalmente.
Condiciones ambientales. La humedad inicial del suelo juega un importante papel. Cuando el
suelo está seco al comienzo de la lluvia, se crea una fuerte capilaridad al humedecerse las capas
superiores y este efecto, se suma al de gravedad incrementando la intensidad de infiltración. A
medida que se humedece, se hinchan por hidratación, las arcillas y coloides y cierran las fracturas
y grietas disminuyendo la capacidad de infiltración.

9. INFILTRÓMETROS
Los infiltrómetros se usan con frecuencia en pequeñas cuencas o en áreas pequeñas o
experimentales dentro de cuencas grandes. Cuando en el área se presenta gran variación en el
suelo y vegetación, ésta se subdivide en subáreas relativamente uniformes, de las cuales haciendo
una serie de pruebas se puede obtener información aceptable.
Siendo la infiltración un proceso complejo, es posible inferir con los infiltrómetros la capacidad
de infiltración de cualquier cuenca en forma cualitativa, pero no cuantitativa. La aplicación más
favorable de este equipo se obtiene en zonas experimentales, donde se puede evaluar la
infiltración para diferentes tipos de suelo y contenido de humedad.
Aparatos para medir la infiltración
Para medir la infiltración de un suelo se usan los infiltrómetros, que sirven para determinar la
capacidad de infiltración en pequeñas áreas cerradas, aplicando artificialmente agua al suelo.

10. MÉTODOS PARA CALCULAR LA INFILTRACIÓN
Todos los métodos disponibles para determinar la capacidad de infiltración en una
cuenca están basados en el criterio expuesto cuando se analizó el infiltrómetro
simulador de lluvia, o sea en la relación entre lo que llueve y lo que escurre. En la
práctica resulta complicado analizar detalladamente el fenómeno y sólo es posible
hacerlo, con ciertas limitaciones, para cuencas pequeñas donde ocurren tormentas
sucesivas.
Los métodos que permiten calcular la infiltración en una cuenca para una cierta
tormenta, requieren del hietograma de la precipitación media y de su
correspondiente hidrograma. Esto implica que en la cuenca donde se requiere
evaluar la infiltración se necesita, por lo menos un pluviógrafo y una estación de
aforo en su salida. En caso de contar únicamente con estaciones pluviométricas sólo
se podrán hacer análisis diarios.
Se considera que:
P = Q + F

11. ÍNDICE DE INFILTRACIÓN MEDIA
El índice de infiltración media (Figura 2) está basado en la hipótesis de que para una tormenta
con determinadas condiciones iniciales la cantidad de recarga en la cuenca permanece
constante a través de toda la duración de la tormenta. Así, si se conoce el hietograma y el
hidrograma de la tormenta, el índice de la infiltración media, ø, es la intensidad de lluvia sobre
la cual, el volumen de lluvia es igual al del escurrimiento directo observado o lluvia en exceso.
Para obtener el índice ø se procede por tanteos suponiendo valores de él y deduciendo la lluvia
en exceso del hietograma de la tormenta. Cuando esta lluvia en exceso sea igual a la registrada
por el hidrograma, se conocerá el valor de ø.
Figura 2: Índice de infiltración media (ø)

12. CURVA DE CAPACIDAD DE INFILTRACIÓN
Si se tiene una serie de tormentas sucesivas en una cuenca pequeña y se dispone del
hietograma e hidrograma correspondientes, es posible obtener la curva de la
capacidad de infiltración aplicando el criterio de Horner y Lloys.
Del hietograma para cada tormenta, se obtiene la altura de lluvia hp y según el
hidrograma, la lluvia en exceso, he, a que dio lugar. A continuación se calcula el
volumen de infiltración F, expresado en lámina de agua, que es:
En la ecuación anterior hf debe dividirse entre el tiempo promedio en que ocurre la
infiltración en toda la cuenca.
En este criterio se acepta que la infiltración media se inicia cuando empieza la lluvia
en exceso y continúa durante un lapso después de que ésta termina. En este
momento, si la tormenta cubre toda el área, la infiltración continúa en forma de
capacidad e irá disminuyendo conforme el área de detección del escurrimiento
disminuye. Horton considera que el periodo equivalente durante el cual el mismo
volumen de infiltración pasa, desde que la lluvia en exceso finaliza hasta que cesa el
flujo sobre tierra, se puede detectar al analizar el hidrograma correspondiente.
Según lo anterior, el tiempo promedio en el que ocurre la capacidad de infiltración se
expresa como:

13. MODELO DE HORTON
Este criterio supone la disponibilidad de registros de lluvia suficientes para representar su
distribución satisfactoriamente, y que al menos uno de los registros se obtuvo a partir de un
Pluviógrafo. Esto implica estimar que la distribución de lluvia registrada en el Pluviógrafo sea
representativa de la distribución en toda la cuenca.
Por otra parte, considera que el escurrimiento superficial es igual a la diferencia entre la
precipitación y la infiltración que ocurre durante el periodo de la lluvia en exceso; o sea que se
desprecia la infiltración antes y después de la lluvia en exceso. Entonces, el valor de fa que se
encuentra es tal que multiplicado por la duración de la lluvia en exceso y restado de la lluvia total
para el mismo periodo, proporciona el escurrimiento superficial total.
Para cuencas donde no se acepta que la intensidad de lluvia es uniforme en toda el área, Horton
propone un criterio para calcular la capacidad de infiltración media, fa, que se tiene para una
tormenta cualquiera. La fórmula de Horton representa este tipo de proceso según la ecuación:
f(t) = fc + (f0 - fc) e-k·t

14. Un histograma es una representación gráfica de una variable en forma de barras, donde la superficie de
cada barra es proporcional a la frecuencia de los valores representados. En el eje vertical se representan
las frecuencias, y en el eje horizontal los valores de las variables, normalmente señalando las marcas de
clase, es decir, la mitad del intervalo en el que están agrupados los datos.
Se utiliza cuando se estudia una variable continua, como franjas de edades o altura de la muestra, y, por
comodidad, sus valores se agrupan en clases, es decir, valores continuos. En los casos en los que los
datos son cualitativos (no-numéricos), como sexto grado de acuerdo o nivel de estudios, es preferible un
diagrama de sectores.
Ejemplo:
Marca de clase o valor medio
Se determina calculando el promedio entre los límites inferior y superior. La marca de clase representa a todos los datos
pertenecientes al intervalo de clase correspondiente.
HISTOGRAMA

15. HIDROGRAMA
El hidrograma es un gráfico que muestra la variación en el tiempo de alguna información hidrológica
tal como: nivel de de agua, caudal, carga de sedimentos, entre otros. Para un río, arroyo, rambla o
canal, si bien típicamente representa el caudal frente al tiempo; esto es equivalente a decir que es el
gráfico de la descarga (L3/T) de un flujo en función del tiempo. Éstos pueden ser hidrogramas de
tormenta e hidrograma anuales, los que a su vez se dividen en perennes y en intermitentes.
Permite observar:
 las variaciones en la descarga a través de una tormenta, o a través del :
 el pico de escorrentía (caudal máximo de la avenida);
 el flujo de base o aporte de las aguas subterráneas al flujo; o,
 las variaciones estacionales de los caudales si se grafica un período de uno o varios años.
Un mm de precipitación significa que en una superficie de un m² ha caído un litro de agua de lluvia
(1L/m²).
Los hidrogramas son útiles, entre otras cosas, para comparar los tiempos de descarga y caudales pico
de varias corrientes o cuencas hidrográficas, para así conocer las diferencias entre sus capacidades de
respuesta ante avenidas.
Hidrograma de tormenta debido a la lluvia recibida en la cuenca.

16. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA
Aparicio Mijares F. J. 1999. Fundamentos de Hidrología de Superficie. Ed. Limusa. México. 303 p.
Custodio, E. y Llamas, M. R. 1996. Hidrología Subterránea. Ed. Omega. Barcelona. 2350 p.
Instituto Tecnológico de Sonora. 1985. Manual de apuntes de Hidrología Superficial. Cd. Obregón,
Sonora. 132 p.
González, J.M y Jubillar, E.P. Riego por superficie I y II. Material inédito, Centro Nacional de
Tecnología de Regadíos (CENTER), IRYDA, España
Grassi C, 1987. Diseño y Operación del Riego por superficie. Ed. CIDIAT Venezuela. 415 p
Villafañe R. 1998. Diseño agronómico del riego. Fundación Polar. Maracay- Venezuela, 147 p.