Infilitracion

1. INFILTRACION.
PROCESO Y METODOS DE EVALUACION
CATEDRA DE HIDROLOGIA
Dr. Erik Zimmermann. CURIHAM. Facultad de Ciencias
Exactas, Ingeniería y Agrimensura. Universidad Nacional de
Rosario.

2. Definición
Infiltración
Proceso por el cual el agua
penetra en los estratos
de la superficie del
suelo y se mueve hacia
el manto freático.
El agua primero satisface la deficiencia de humedad del suelo y después los
excedentes pasan a formar parte del agua subterránea en profundidad y
del escurrimiento en superficie

3. Enfoque simplificado del Ciclo Hidrológico
Intercepción
(F)
Almacenamiento
Superficial (S)
Almacenamiento en
Suelo (H)
Almacenamiento
Subterráneo (G)
Ríos
Qs
Qss
Qg
Q
INF
REC
A.C.
EXF
Océanos
GOT
Atmósfera
Atmósfera
P
E P
E
P
E
P
E
ET
Wi
Wo
El estudio de la fase terrestre
del ciclo hidrológico se centra
en el análisis, interpretación,
caracterización y
cuantificación de procesos
hidrológicos en un espacio
territorial delimitado
denominado cuenca.
c) Balance para una tormenta
P = I + DF + DS + Qs

4. Los parámetros del suelo y
la infiltración
• Porosidad y conceptos derivados
• Clasificación textural y estructura del suelo
• Fuerzas motoras: potencial matricial y de
gravedad
• Flujo no saturado: curvas de retención y de
conductividad hidráulica.
• Métodos de evaluación

5. Porosidad y contenido de agua
G
L
S
1
f
qg
ql
Porosidad, f. Es la relación entre volumen de huecos y
volumen total.
Contenido volumétrico de agua, ql. Relación entre el
volumen de líquido (agua) y el total de la muestra.
LIMITES FISICOS DEL CONTENIDO DE HUMEDAD
Contenido de agua a saturación natural qs: Es el
contenido volumétrico de agua cuando se inunda
(empapa) un suelo. Puede ser algo menor que f.
Contenido de agua residual, qr. Es el contenido
volumétrico de agua que no puede extraerse por
succión (el que quedaría como “residual” a succión
infinita). Este agua, sin embargo, se extrae al secar el
suelo en el horno. Conceptualmente, representa el agua
ligada al suelo por adsorción

6. Porosidad drenable, Capacidad de Campo
Capacidad de campo, qf o qcc:es el agua que queda después de drenar por
gravedad un suelo inicialmente saturado
Punto de marchitez, qw, es el contenido de agua más bajo al que puede tener
lugar la transpiración de una planta dada (para contenidos de agua menores, la
planta se marchita).
Porosidad drenable (“specific
yield”, Sy): diferencia entre
porosidad y capacidad de campo
Capacidad de retención de agua
en el suelo: diferencia entre
capacidad de campo y punto de
marchitez. Es la cantidad de agua
que permanece almacenada en el
suelo y disponible para las plantas.
Saturación Capacidad
de campo
Punto de Marchitez
Permanente

7. Clasificación textural de suelos (USDA)
Arcilla
Limo
Arena fina
Arena gruesa
Gravilla
Grava
Bolo
0.002 mm
0.02 mm
0. 2 mm
2 mm
20 mm
200 mm
Arcilla
Limo
Arena fina
Arena gruesa
Gravilla
Grava
Bolo
0.002 mm
0.02 mm
0. 2 mm
2 mm
20 mm
200 mm

8. Se puede utilizar para
inferir propiedades de
suelos
Clasificación textural de suelos (USDA)

9. Estructura del suelo

10. Potenciales
donde
fg es el potencial gravitatorio (cota),
fm el matricial (también llamado potencial capilar o mátrico
para enfatizar que no se refiere solo a las fuerzas
capilares sino también a la adsorción del agua por el
sólido)
f = fg + fm

11. El potencial matricial es debido a dos
fuerzas, adsorción y capilaridad.
La atracción por adsorción se origina
como consecuencia de superficie de
sólidos descompensados
eléctricamente. Las moléculas del agua
actúan como dipolos y son atraídas, por
fuerzas electrostáticas, sobre la
superficie de las partículas de los
constituyentes del suelo.
Por otra parte en los microporos del
suelo queda retenida el agua por
fuerzas capilares.
Potencial matricial

12. Funciones Hidráulicas del suelo
Ks
.
S
)
K( 3
e
=
q





















=
q

q
q

q
=

c
c
c
r
s
r
e
si
1
si
S

13. Funciones Hidráulicas del suelo





















=
q

q
q

q
=

c
c
c
r
s
r
e
si
1
si
S
Ks
.
S
)
K( 3
e
=
q

14. Ley de Darcy
• Flujo volumétrico del líquido (u otra fase)
(m s-1)
H
)
(
K
-
=
q 
q z
+
)
(
=
H q

q



q
q )
(
K
=
)
(
D
)
(
K
-
z
)
D(
-
=
q q

q

q









q 1
+
z
)
(
K
-
=
q

15. Ley de Darcy
)
(
K
-
z
)
D(
-
=
v
)
t
(
f q

q

q
=

16. Ley de Darcy
)
(
K
-
z
)
D(
-
=
v
)
t
(
f q

q

q
=

17. Condiciones del suelo

18. Condiciones del suelo

19. Método del Servicio de
Conservación de Suelos
La precipitación que escurre (PE) es función de:
•Precipitación total (P)
•Humedad anterior del suelo (condiciones
precedentes a la precipitación).
•Complejos hidrológicos suelo-vegetación.

20. Método del Servicio de
Conservación de Suelos
CLASIFICACION TEXTURAL DEL SUELO
Tipo A: Suelos con potencial de escurrimiento mínimo.
Comprende aquellos suelos arenosos sueltos, ligeramente limosos o con pequeña cantidad
de arcilla. En caso de presencia de loess, éste es profundo. Incluye también los suelos
recién arados. En general la capacidad de infiltración es alta.
Tipo B: Suelos con potencial de escurrimiento bajo.
Comprende los suelos arenosos menos profundos o medianos, y ligeramente sueltos. La
capacidad de infiltración es superior a la media aun después de humedecidos o mojados.
Tipo C: Suelos con potencial de escurrimiento medio.
Comprende los suelos francos, franco-limoso, algunos franco arcillosos, etc; poco profundos
en general. La capacidad de infiltración es inferior a la media una vez humedecidos o
mojados.
Tipo D: Suelos con potencial de escurrimiento alto
Comprende la mayoría de los suelos denominados “compactos” o arcillosos, los rocosos de
montaña y todos aquellos que presentan horizontes más o menos impermeables. La
capacidad de infiltración es en general baja.

21. Método del Servicio de
Conservación de Suelos
CONDICION ANTECEDENTE DE HUMEDAD
Condición I Suelos secos, pero no hasta el punto de marchitez. (Las reservas de
agua del suelo, llegan a un valor límite, en el que la planta no puede extraerla). No se
aconseja esta condición para determinar una crecida de diseño, pues la infiltración
adquiere valores muy elevados. (lluvias antecedentes en los 5 dias anteriores, menores a
13 mm en estación inactiva y 35 mm en estación de crecimiento
Condición II Representa el promedio de las condiciones que han precedido a la
ocurrencia a la ocurrencia de la crecida anual en numerosas cuencas estudiadas (lluvias
antecedentes en los 5 dias anteriores entre los valores citados para las condiciones I y II)
Condición III Se presenta cuando ha llovido mucho o ha llovido poco pero se han
producido bajas temperaturas los 5 días anteriores a la tormenta y el suelo está casi
saturado (ó lluvias antecedentes en los 5 dias anteriores, mayores a 28 mm en estación
inactiva y 53 mm en estación de crecimiento)

22. Método del Servicio de
Conservación de Suelos
Tabla V.1: Tipos de Suelos Hidrológicos y Numéricos de escurrimiento respectivo
Tipos de suelos
Clase y uso del suelo Ident. A B C D
Suelos naturales de pastoreo y tierras en
barbecho de varios años. La cubierta
vegetal los cubre prácticamente todo el año.
A - - - -
Suelos naturales de tipo intermedio,
generalmente llanos con cubierta densa
A1 45 63 75 79
Suelos naturales bajos, inundables con
escasa capacidad de infiltración.
A2 65 73 84 88
Suelos naturales altos, con lomas y
pendientes pronunciadas con cubierta
mediante densa.
A3 62 71 80 87
Suelos anteriores son afloramiento de tosca
visibles.
A4 62 71 80 87
Suelos anteriores con afloramiento de tosca
en superficie.
A5 68 78 87 92
Suelos accidentales de tipo rocoso, dentro
de área de serranías y montañas
B - - - -
Suelos accidentados rocosos, con cubierta
vegetal intercalada, de fuertes pendientes.
B1 72 79 84 90
Suelos accidentados rocosos, con cubierta
vegetal intercalada, de mediana pendiente.
B2 64 74 80 86
Suelos accidentados rocosos con escasa
vegetación o sin cubierta vegetal definida de
fuertes pendientes.
B3 73 80 86 92
Suelos accidentados rocosos totalmente
desnudos, con mediana a fuerte pendiente y
muy escasa capacidad de infiltración
B4 - 78 82 90
Suelos accidentados rocosos totalmente
desnudos, con mediana a fuerte pendiente y
muy escasa capacidad de infiltración
B5 - - 90 95
Suelos cultivados (Arable y cultivable) Suelo
arado y libre de cultivos en período de
análisis. Mayor capacidad de infiltración.
C - - - -
Suelo cultivado, arado y libre con topografía
plana o muy baja pendiente menos de 5 por
mil.
C1 26 47 59 68
Suelos cultivados, arado y libre con
mediana a escasa pendiente de 5 a 20 por
mil.
C2 30 55 64 73
Suelo cultivados arado y libre con mayor
pendiente, superior al 20 por mil.
C3 37 60 69 78
Suelo arable cultivado con cereal tipo
cosecha fina.
C.C. - - - -
Tipo cosecha fina con baja pendiente
inferior de 5 por mil.
C4 57 62 69 78
Tipo cosecha fina con pendiente de 5 a 20
por mil
C5 62 69 76 83
Tipo cosecha fina con pendiente de mas de
20 por mil.
C6 65 72 79 86
TABLA V.2: CORRESPONDIENTE ENTRE LOS NUMEROS DE ESCURRIMIENTO DE
LA CONDICIÓN II Y LAS CONDICIONES I Y III.
CONDICION II CONDICION I CONDICION III
100 100 100
95 87 99
90 78 99
85 60 97
80 63 94
75 57 91
70 51 87
65 45 83
60 40 79
55 35 75
50 31 70
45 27 65
40 23 60
35 19 55
30 15 50
25 12 45
20 9 39
15 7 33
10 4 26
5 2 17
0 0 0
0 < CN ó N < 100

23. Método del Servicio de
Conservación de Suelos
254(mm)
CN
25.400
S 
=
S)
Ia
(P
Ia)
(P
Pn
2
+


=
S
0,2
Ia =
CN(II)
0.058
-
10
CN(II)
4,2
CN(I) =
Resumen de
ecuaciones
Relaciones entre los coeficientes CN para condiciones
precedentes de humedad:
CN(II)
0.13
10
CN(II)
23
CN(III)
+
=

24. Método del Servicio de
Conservación de Suelos

25. Método del Servicio de
Conservación de Suelos
Estimación del hietograma neto
Se determina el número N, en base a la información disponible del
complejo suelo-vegetación y las condiciones antecedentes de
humedad. En caso de existir diferentes tipos de coberturas y/o suelos,
se ponderan los coeficientes N en función del área de ocupación:
Nmed = 1/A SCNi Ai
Se determina el almacenamiento potencial máximo, S y las abstracciones
iniciales, Ia.
Se determina a partir del pluviograma acumulado la infiltración
acumulada según la siguiente ecuación:
Ia
P
)
S
Ia
P
(
)
Ia
)
t
(
P
(
S
)
t
(
F 
+


=
)
t
(
Pn
)
t
(
F
)
t
(
Ia
)
t
(
P +
+
=
Ia
P
0
Pn
F 
=
=

26. Cálculo del Hietograma Neto.
Método numérico
Ecuación de SCS metodo del SCS
CN 70.0
S (mm) 108.9
Ia 21.8
PE (mm) 123.6
t (hs) DP (mm) P (cm) Ia F (cm) Q (cm) DIa DF DQ
- - -
1.0 10.0 10.0 10.0 - - 10.0 - -
2.0 11.0 21.0 21.0 - - 11.0 - -
3.0 111.0 132.0 21.8 54.8 55.5 0.8 54.8 55.5
4.0 48.0 180.0 21.8 64.5 93.7 - 9.7 38.3
5.0 18.0 198.0 21.8 67.3 108.9 - 2.8 15.2
6.0 11.0 209.0 21.8 68.8 118.4 - 1.5 9.5
7.0 6.0 215.0 21.8 69.6 123.6 - 0.8 5.2

27. Hietograma Total y Neto
0
20
40
60
80
100
120
P,
Ia,
F
y
Pe
(mm)
DQ - - 55.5 38.3 15.2 9.5 5.2
DF - - 54.8 9.7 2.8 1.5 0.8
Ia - 10.0 11.0 0.8 - - - -
1 2 3 4 5 6 7 8
Cálculo del Hietograma Neto.
Método numérico

28. Método del Servicio de
Conservación de Suelos
• Para precipitaciones (P)
menores que Ia, no tiene lugar el
escurrimiento superficial (Q).
• Ia consiste principalmente en
pérdidas por intercepción,
almacenamiento en depresiones
e infiltración, antes de que se
produzca el escurrimiento.
• S se llama retención potencial
máxima, que es la máxima
cantidad de lluvia que la cuenca
puede absorber.
P-Q
Q
P
Q
S
Q
P
=

S
P
P
Q
+
=
2
Ia
P
Q
S
Q
Ia
P

=

 )
(
)
(
)
(
S
Ia
P
Ia
P
PE
ó
Q
+


=
2