Filtrometro

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Norte de la Universidad Peruana

FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL - CELENDÍN

Shuitute s/n – Chacapampa – Celendín – Teléfono 076 – 555307 – E-mail: eapiac-unc@hotmail.com

“AÑO DE LA INTEGRACIÓN NACIONAL Y EL RECONOCIMIENTO DE NUESTRA
DIVERSIDAD”

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN:

TASA DE INFILTRACIÓN EN SUELOS DEL CASERÌO DE
AGUA DULCE - CELENDÍN

CURSO:
Análisis y tratamiento de la contaminación de suelos

DOCENTE:
Ing. M. Sc: Darwin Diaz Mori

ALUMNOS:
RABANAL ALVA, Jhuliana
TORRES FELICES, Silvana

CICLO:
VII

Celendín, Julio del 2012.

Análisis y tratamiento de la contaminación de suelos Tasa de infiltración

I. INTRODUCCIÓN

El presente informe dará a conocer uso de una herramienta que es el
infiltrómetro de doble anillo o doble cilindro para la determinación de la
conductividad hidráulica (velocidad de Infiltración) de un suelo no
saturado.

A la misma vez realizar el tratamiento de los datos obtenidos que
pueden servir en un futuro para diversos trabajos y proyectos dentro del
campo de la Ingeniería Ambiental; como lo es el tiempo de operación
para la descontaminación de suelos al existir un derrame de
hidrocarburos.

II. OBJETIVOS

- Identificar la ubicación más idónea para el uso del infiltrómetro.
- Determinar la velocidad de infiltración.
- Utilizar los datos obtenidos para realizar la curva de la tasa de
infiltración.

III. ANTECEDENTES

El método del Infiltrómetro de doble cilindro o anillo consiste calcular la
saturación de una porción de suelo limitada por dos cilindros
concéntricos para a continuación medir la variación del nivel del agua en
el cilindro interior y exterior.

Es posible que al inicio de la experimentación el suelo esté seco o
parcialmente húmedo y por lo tanto en condiciones de no saturación, los
valores inicialmente muy elevados irán descendiendo con gran rapidez
como consecuencia de la presión ejercida por la columna de agua,
mayor cuanto más alta sea ésta columna o el volumen de agua de los
cilindros.

El tiempo que transcurra hasta alcanzarse las condiciones finales de
saturación dependerá de la humedad previa, la textura y la estructura
del suelo, el espesor del horizonte por el que discurre el agua, y la altura
del agua en el cilindro interior.

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Esta información ayuda muchas veces en el campo del Medio
Ambiente, por ejemplo: se puede decidir cuál es el tipo de riego óptimo
de un suelo determinado, qué caudal deben aportar los goteros, con
este tipo de riego evitar la pérdida y muerte de las plántulas de una
reforestación por falta o exceso de agua.

Figura 1: Evolución de la tasa de infiltración

Lógicamente el tiempo de saturación será menor cuanto:

 Mayor sea la humedad previa del suelo.
 Mayor sea el tamaño individual de las partículas de suelo (textura).
 Mayor sea la cantidad y estabilidad de los agregados del suelo
(estructura).
 Mayor sea el espesor del horizonte del suelo por el que circula el
agua.
 Mayor sea la altura de la lámina de agua en el cilindro interior

El método original desarrollado por Munz parte de la idea de que
colocados los dos cilindros y obtenida la situación de saturación, la
diferencia de nivel del agua (H) en los cilindros interior y exterior
provoca un flujo de agua que será de entrada hacia el cilindro interior si
la altura es mayor en el tubo exterior, o de salida si es inferior.

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A B
Figura 2: Efecto de la diferencia de niveles de agua entre ambos
cilindros. 2A el flujo entra hacia el cilindro interior 2B El flujo abandona
del cilindro interior.

En cualquier caso, además de la componente del flujo de agua (QH)
debida a la diferencia de nivel H entre los dos cilindros, el agua
abandona ambos cilindros por la superficie del suelo en el que están
instalados como consecuencia de su porosidad.

Por tanto, el flujo neto que abandona (o penetra en su caso) el cilindro
interior es en realidad el resultado de dos componentes: la componente
debida a la diferencia de nivel de agua en los cilindros, el “leakage”; y la
componente debida a la capacidad de absorción del suelo, la infiltración.

El problema radica precisamente en poder aislar para cada condición de
H la componente del flujo “leakage” de la componente de infiltración a
partir del valor del flujo neto del tubo interior (valor objeto de la
medición). Para ello se adopta la hipótesis de que la componente
debida a la absorción es constante durante la realización de la
experiencia y no resulta afectada por los cambios del nivel del agua en
el cilindro interior.

La hipótesis efectivamente es válida si las medidas se realizan en un
corto espacio de tiempo y si H se mantiene relativamente pequeño. De
otra parte, si H=0 entonces el flujo en el tubo interior se debe
únicamente a la absorción del suelo, siendo éste precisamente el
propósito de la técnica propuesta en esta sección.

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El cilindro exterior también tiene como función el evitar la infiltración
horizontal del agua por debajo del cilindro interior, de tal forma que las
medidas se correspondan con seguridad al flujo vertical.

Figura 3: Flujo de agua en el suelo generado por el doble cilindro

IV. MARCO TEORICO

4.1. Formas de agua en el suelo
En el suelo se distinguen clásicamente tres tipos fundamentales
de agua:
 Agua de retención
Es el agua retenida en los poros o alrededor de las partícula
de suelo en contra de la acción dela gravedad. Se distinguen
dos situaciones:

El agua higroscópica, que está fijada fuertemente a las
partículas del suelo. El espesor de estacapa de agua que
rodea las partículas es muy reducido. La fuerza de unión
entre el agua y laspartículas del suelo tiene lugar por medio
de enlaces químicos entre los dipolos del agua y lasvalencias
libres que existen en la superficie de los minerales. Se trata
de un agua inmovilizable desde el punto de vista práctico y
que no puede ser desplazada más que en estado de vapor.

La cantidad de agua retenida de esta manera varía en
función de la granulometría y porosidaddel material; así pues,
puede estimarse del orden de 0.2-0.5% en partículas gruesas
y del 15-
20% en materiales finos (limos y arcillas).

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El agua pelicular, que envuelve a las partículas del suelo y al
agua higroscópica con unapequeña película cuyo espesor no
sobrepasa las 0.1 micras. Se puede desplazar en
estadolíquido por el juego de atracciones moleculares de las
partículas vecinas. La retención de estaagua se debe a
fenómenos de tensión superficial.
La cantidad de agua pelicular en el suelo depende también
de la granulometría, de tal formaque podemos encontrar
valores muy dispares, del orden de 30-40% en arcillas y 1-2%
enarenas.

 Agua capilar
El agua capilar es el agua retenida en conductos de pequeño
tamaño (micro poros) por fenómenos de capilaridad y tensión
superficial. Se pueden diferenciar:
Agua capilar aislada o colgada: no está ligada a la zona no
saturada. Esta agua se ubica en los microporos más
pequeños del suelo. Se puede eliminar por centrifugación.
Agua capilar continua: ligada a la zona no saturada. La
granulometría influye en la cuantía deeste agua; así, su
presencia puede alcanzar varios metros de altura en
materiales arcillosos ypocos milímetros en materiales
gravosos.

 Agua gravífica
El agua gravífica se define como la porción de agua que se
desplaza libremente por el suelobajo el efecto de la gravedad.
Ocupa los espacios libres de los poros, de los intersticios y de
lasfisuras de las rocas. Constituye la parte activa de las
aguas subterráneas y es la principalresponsable del
transporte de solutos, como los nitratos por ejemplo. Los
esfuerzos demodelización se centran particularmente en esta
fracción de las aguas del suelo.

4.2. Distribución vertical del agua en el suelo
Suponiendo un material homogéneo y con una porosidad
intersticial dada, se puedendiferenciar una serie de zonas en
profundidad en función del tipo de agua presente en cadauna de
ellas.
En la zona más superficial, los poros están ocupados por aire y
agua. Se trata de la zona deaireación o zona no saturada. En
esta zona se distinguen las siguientes sub zonas:

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Sub zona de evapotranspiración: es la parte del suelo en
contacto directo con la atmósfera. Enella se instalan las raíces de
las plantas herbáceas y las raíces superficiales de las
plantassuperiores. En esta zona es en donde se dan con mayor
intensidad los procesos de evapotranspiración. Los tipos de agua
existentes en esta sub zona son principalmente agua
higroscópica, pelicular ycapilar aislada, pero no existe agua
gravífica, a no ser que esté de tránsito hacia zonasinferiores en
episodios inmediatos a una precipitación.

En esta zona es donde se da la mayor parte de la absorción de
agua y nutrientes por parte delos vegetales.

Sub zona intermedia: se halla inmediatamente debajo de la zona
de evapotranspiración, conmenor proporción de poros y
conductos. En ella se encuentran ubicadas las raíces
profundasde las plantas superiores. También se dan fenómenos
de absorción de agua y nutrientes porlos vegetales, así como
procesos de evapotranspiración, pero con menor intensidad,
porque lasfuerzas de retención del agua son mayores que las de
succión de las raíces situadas sobreella. En consecuencia, el
flujo es sensiblemente más lento que en la zona radicular.

En esta zona existe agua higroscópica y pelicular (en menor
proporción que en la zona anteriory también agua capilar aislada.
Franja capilar: abarca desde la zona intermedia hasta la
superficie freática. Su amplituddepende de la granulometría del
material, ya que puede tener varios metros de espesor enarcillas
y pocos milímetros en gravas.

En esta zona existen todos los tipos de agua, excepto el agua
gravífica, pero fundamentalmente el agua capilar continua, ligada
a la zona saturada. Debajo de la zona de aireación se halla la
zona saturada, separada de la primera por lasuperficie freática.

Si se analiza en un perfil del suelo la distribución vertical del agua
en profundidad Figura 4 se pueden distinguir la zona no saturada
y la zona saturada separadas una de otra por una superficie ideal
denominada superficie piezométrica o freática (definida como el
lugar geométrico de los puntos cuya presión hidrostática coincide
con la atmosférica y que constituye la superficie libre de un
acuífero).

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Figura 4: Distribución vertical del agua en el suelo.

En la zona no saturada y en las partes más próximas a la
superficie, el contenido dehumedad del suelo fluctúa debido a las
variaciones de la evaporación y la transpiración delas plantas,
constituyendo la zona de evapotranspiración. Inmediatamente por
debajo de laanterior se encuentra la zona vadosa, en la cual el
agua se desplaza por los poros sin llegara saturarlos. Por último,
se distingue la franja capilar, donde el agua satura los poros y
que,dependiendo de la granulometría, puede ascender por
capilaridad. En relación con la zonasaturada, todos sus poros
están ocupados o saturados con agua, su límite
inferiorcorresponde a una roca cuya porosidad no permite la
circulación del agua en profundidad.

4.3. Parámetros de utilidad y caracterización del medio físico
En diferentes estudiosde zonas no saturadas requiere un control
continuo de ciertosparámetros variables y la determinación
precisa de características intrínsecas del medio. Paratener la
posibilidad de alcanzar los objetivos previstos y, en cualquier
caso, para optimizar elrendimiento del trabajo, es necesario
planificar cuidadosamente la investigación de manera
quecualquier omisión no invalide otros datos o les reste eficacia.

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Según las normas de muestreo (ASTM, 1990, 1992, 1993, 1995).
Se hace la mención de algunos de los parámetros más
habitualmente utilizados y que constituyen los elementos básicos
en estudios de zona no saturada:

 Textura
El estudio del flujo del agua y, especialmente, de los procesos
físico-químicos que ocurren enla ZNS no puede llevarse a cabo
sin conocer la distribución granulométrica del suelo. Engeneral,
las fracciones gruesas se determinan por tamizado y la
diferenciación entre limos yarcillas se consigue fácilmente por
densimetría (aerómetro de Boyoucos). Suele ser
suficientedeterminar la textura en muestras seleccionadas del
perfil del suelo cuyo número depende dela homogeneidad
litológica vertical y horizontal.

 Mineralogía
La cuantificación aproximada de cada tipo de arcilla (illita,
caolinita, esmectitas..) presente en elsuelo es de gran interés en
el estudio de ciertos procesos de adsorción (cambio iónico)
quedependen, entre otros factores, de la capacidad de cambio, y
de procesos de degradación deplaguicidas y otros compuestos
orgánicos.

 Densidad
La densidad aparente (db) se refiere a la masa de suelo seco por
volumen de suelo. Ladensidad mineral (dm) es la masa de suelo
seco por volumen de sólidos del suelo.

 Humedad
El grado de humedad (q) se mide por el contenido volumétrico
(cm3/cm3) de agua en el suelo(qv), o por el contenido
gravimétrico (gr/gr) de masa de agua por masa de suelo seco
(qg). Losvalores de q están comprendidos entre 0, para un suelo
totalmente seco, y un máximo desaturación (G), cuando todos los
poros están ocupados por agua.
Grado de saturación es la relación entre el volumen de agua y el
volumen de agua asaturación. Después de que un suelo saturado
ha drenado por gravedad alcanza la llamadacapacidad de
campo. El contenido de humedad correspondiente a este estado
es la capacidad de retención.

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Densidad mineral rs = Ms / Vs
Densidad aparente rb = Ms / Vt
Porosidad n = Vf /Vt
Humedad gravimétrica w = Mw / Ms
Humedad volumétrica q = Vw / Vf

4.4. Tasa De Infiltración
La tasa de infiltración es la velocidad con la que el agua penetra
en el suelo a través de su superficie. Normalmente la expresamos
en mm/h y su valor máximo coincide con la conductividad
hidráulica del suelo saturado.
Ten en cuenta que las tasas de infiltración obtenidas con el
método del doble cilindro o doble cilindro en condiciones de no
saturación no son muy fiables y tampoco son indicativas del
comportamiento del suelo en condiciones de campo, no es
habitual, ni aún siquiera cuando se riega a manta, que sobre la
superficie del terreno haya una lámina de agua de varios cm de
altura y sólo es así en condiciones excepcionales como las
inundaciones o las grandes avenidas de agua.

4.5. Infiltración

La infiltración es el movimiento del agua de la superficie hacia el
interior del suelo. Lainfiltración es un proceso de gran importancia
económica. Del agua infiltrada se proveen casitodas las plantas
terrestres y muchos animales; alimenta al agua subterránea y a la
vez a lamayoría de las corrientes en el período de estiaje; reduce
las inundaciones y la erosión del suelo.

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Figura 5: Infiltración del agua a una cuenca subterránea

En el proceso de infiltración se pueden distinguir tres fases:

 Intercambio
Se presenta en la parte superior del suelo, donde el agua
puede retornar ala atmósfera por medio de la evaporación
debido al movimiento capilar o por medio dela transpiración de
las plantas.

 Transmisión.
Ocurre cuando la acción de la gravedad supera a la de la
capilaridad yobliga al agua a deslizarse verticalmente hasta
encontrar una capa impermeable.

 Circulación.
Se presenta cuando el agua se acumula en el subsuelo debido
a la presencia de una capa impermeable y empieza a circular
por la acción de la gravedad,obedeciendo las leyes del
escurrimiento subterráneo.

4.5.1. .Capacidad de infiltración

Es la cantidad máxima de agua que un suelo puede absorber por
unidad de superficie horizontaly por unidad de tiempo. Se mide
por la altura de agua que se infiltra, expresada en mm/hora.La
capacidad de infiltración disminuye hasta alcanzar un valor casi
constante a medida que la precipitación se prolonga, y es
entonces cuando empieza el escurrimiento. A la lluvia que es
superior a la capacidad de infiltración se le denomina lluvia
neta(es la que escurre).

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A la lluvia que cae en el tiempo en que hay lluvia neta se le
llamalluvia eficaz, por lotanto, la lluvia neta equivale a la lluvia
eficaz.

4.5.2. Descripción del proceso de infiltración

La infiltración se define como el proceso por el cual el agua
penetra por la superficie de suelo y llega hasta sus capas
inferiores.

Figura N°6. Perfil de humedad en el proceso de infiltración.

Muchos factores del suelo afectan el control de la infiltración, así
como también gobiernan el movimiento del agua dentro del
mismo y su distribución durante y después de la infiltración.
Si se aplica agua a determinada superficie de suelo, a una
velocidad que se incrementa en forma uniforme, tarde o temprano
se llega a un punto en que la velocidad de aporte comienza a
exceder la capacidad del suelo para absorber agua y, el exceso
se acumula sobre la superficie, o escurre si las condiciones de
pendiente lo permiten.

La capacidad de infiltración conocida también como “infiltrabilidad
del suelo” es el flujo que el perfil del suelo puede absorber a
través de su superficie, cuando es mantenido en contacto con el
agua a la presión atmosférica. Mientras la velocidad de aporte de
agua a la superficie del suelo sea menor que la infiltrabilidad, el
agua se infiltra tan rápidamente como es aportada y la velocidad
de aporte determina la velocidad de infiltración (o sea, el proceso
es controlado por el flujo). Sin embargo, una vez que la velocidad
de aporte excede la infiltrabilidad del suelo es ésta última la que
determina la velocidad real de infiltración; de ese modo el
proceso es controlado por las características del perfil

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En este contexto, la infiltración acumulada, es la integración en el
tiempo de la velocidad de infiltración, con una dependencia
curvilínea del tiempo y una pendiente que decrece gradualmente.
La infiltrabilidad del suelo y su variación en el tiempo dependen
del contenido de agua inicial y de la succión, así como de la
textura, estructura y uniformidad(o secuencia de los estratos) del
perfil del suelo.

Kiastiakov, en 1962, fue el primero que propuso el uso de una
ecuación empírica, para la velocidad de infiltración expresada
normalmente en unidades de longitud por unidad de tiempo.

Ι = K x Tn -1 < n < 0 (1)

Donde:
I = Velocidad de infiltración instantánea
T = Tiempo en minutos.
K = Constante que representa la velocidad de infiltración para t =
1.
n = Pendiente de la curva de velocidad de infiltración con
respecto al tiempo.

La infiltración acumulada, se obtiene integrando (1):

dT (2)

Donde, D es la infiltración acumulada o lámina de agua
acumulada (L).

Por otra parte, la relación matemática que existe entre la
velocidad de infiltración y el tiempo esta representada por una
función exponencial inversa. Así también, cada cambio en las
características del suelo provocará instantáneamente un
comportamiento singular del proceso de infiltración, que
obviamente se verá reflejado en una gráfica de estas variables.
De eta manera, es posible visualizar una familia de curvas de
infiltración para cada tipo de suelo.

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Figura N° 7. Curvas de infiltración, según textura del suelo

4.5.3. Factores que intervienen en la capacidad de
infiltración

Tipo de suelo: Entre mayor sea la porosidad, el tamaño de
las partículas y el estado de fisuramiento del suelo, mayor
será la capacidad de infiltración.

Grado de humedad del suelo: La infiltración varía en
proporción inversa a la humedad delsuelo, es decir, un
suelo húmedo presenta menor capacidad de infiltración
que un suelo seco

Presencia de substancias coloidales: Casi todos los suelos
contienen coloides. La hidrataciónde los coloides aumenta
su tamaño y reduce el espacio para la infiltración del agua.

Acción de la precipitación sobre el suelo: El agua de lluvia
al chocar con el suelo facilita lacompactación de su
superficie disminuyendo la capacidad de infiltración; por
otra parte, el aguatransporta materiales finos que tienden a
disminuir la porosidad de la superficie del suelo,humedece
la superficie, saturando los horizontes más próximos a la
misma, lo que aumenta laresistencia a la penetración del
agua y actúa sobre las partículas de substancias coloidales
que,como se dijo, reducen la dimensión de los espacios
intergranulares.

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La intensidad de esta acciónvaría con la granulometría de
los suelos, y la presencia de vegetación la atenúa o
elimina.

Cubierta vegetal: Con una cubierta vegetal natural
aumenta la capacidad de infiltración y encaso de terreno
cultivado, depende del tratamiento que se le dé al suelo.La
cubierta vegetal densa favorece la infiltración y dificulta el
escurrimiento superficial delagua. Una vez que la lluvia
cesa, la humedad del suelo es retirada a través de las
raíces,aumentando la capacidad de infiltración para
próximas precipitaciones.

Acción del hombre y de los animales: El suelo virgen tiene
una estructura favorable para lainfiltración, alto contenido
de materia orgánica y mayor tamaño de los poros. Si el
uso de la tierra tiene buen manejo y se aproxima a las
condiciones citadas, se favorecerá el proceso de
lainfiltración, en caso contrario, cuando la tierra está
sometida a un uso intensivo por animales osujeto al paso
constante de vehículos, la superficie se compacta y se
vuelve impermeable.

Temperatura:
1. Las temperaturas bajas dificultan la infiltración.

2. Las variaciones de la capacidad de infiltración pueden
ser clasificadas en dos categorías:
A. Variaciones en áreas geográficas debidas a las
condiciones físicas del suelo
B. Variaciones a través del tiempo en una superficie
limitada:
 Variaciones anuales debidas a la acción de los
animales, deforestación, etcétera.
 Variaciones anuales debidas a diferencias de
grado de humedad del suelo, estado
dedesarrollo de la vegetación, temperatura,
etcétera.
 Variaciones a lo largo de la misma
precipitación.

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4.5.4. Medición De La Infiltración

Para medir la velocidad de infiltración, existen varios métodos,
entre ellos:

 Método de los cilindros infiltrómetros

Este método se utiliza para determinar la velocidad de
infiltración ensuelos en los que se establecerán métodos de
riego, tales comoacequias en contorno, bordes, tazas,
aspersión y goteo.
Según Gurovich, los materiales necesarios para la ejecución
adecuadade éste, son:

 Cilindro metálico de acero, y un diámetro no inferior a 30
cm y de 0,5 cm de grosor.
 Martillo (pesado para labores de penetración en el suelo)
 Estanque de agua de 10 a 15 litros.
 Agua de igual calidad.
 Regla milimétrica.
 Protector de erosión (plástico, madera en el fondo del
cilindro)
 Cronómetro o reloj.

El aparato que se usa para este método es muy sencillo, es
el infiltrómetro. El más común consiste en un cilindrode 15 cm
de largo y fijo, aproximadamente de 20 cm; se pone en él una
determinada cantidad deagua y se observa el tiempo que
tarda en infiltrarse. A este aparato se le atribuyen
algunosdefectos: el agua se infiltra por el círculo que
constituye el fondo, pero como alrededor de él nose está
infiltrando agua, las zonas del suelo a los lados del aparato
participan también en lainfiltración, por lo tanto, da medidas
superiores a la realidad.El error apuntado se corrige
colocando otro tubo de mayor diámetro(40 cm) alrededor
del primero, constituye una especie de corona protectora. En
éste también se pone agua aproximadamente al mismo nivel,
aunque no se necesita tanta precisión como en el del
interior;con ello se evita que el agua que interesa medir se
pueda expandir.

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Figura 8: La medición es menor que la que se hubiera
obtenido antes y más concordante con la capacidad real del
suelo

El registro de las mediciones, se realiza en base a una tabla
con distintas alturas de agua en el cilindro, a intervalos
periódicos, de modo de registrar intervalos a los 5, 10, 20, 30,
45, 60, 90....; de igual forma su representación gráfica puede
apreciarse en la Tabla N°1 y gráfico Nº 1.

Tabla N° 1. Determinación de la velocidad de infiltración de
los suelos

Tiempo Altura Altura Diferencial Infiltración
(min) (cm) (cm) (cm) (mm/hr)
(1) (2) (3) (4) (5)
0 18 0
5 16 2,0 240
10 15,2 0,8 96
20 13,4 1,8 108
30 12,5 0,9 54
45 10,8 18* 1,7 68
60 16,1 1,9 76
90 12,5 3,6 72
Promedio de infiltración 65 mm/h

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Gráfico N°1. Tasa de infiltración

Para la determinación de la velocidad de infiltración (5) se
empleo elcoeficiente I, a saber:

I=

Donde:

I : Velocidad de infiltración en mm/hr
Dh : Diferencial de altura de agua ( cm)
T : Diferencial de tiempo (m)

Así, de la tabla N° 1, se desprende que:

= I (Columna 5)

En relación con los datos encontrados en cada uno de los
ensayos, seopto por el criterio de utilizar el promedio de los
tres valores de menorvelocidad de infiltración, con el fin de
asumir un criterio conservador enel diseño que asegura un no
colapso de las obras. Luego, el valor deinfiltración promedio
es 65 mm/hr.

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 Surcos infiltrómetros
Hay otro método que no utiliza aparato alguno, sino
simplemente consiste en hacer un agujerode dimensiones
conocidas en el suelo. Se llena de agua hasta cierta altura y
se mide la variaciónde esa altura a través del tiempo. Como
la infiltración se produce tanto por el fondo como por las
paredes, el caudal infiltrado será igual a la superficie del
cilindro por el coeficiente deinfiltración.Este procedimiento es
mucho menos exacto que el anterior, pues partiendo de un
suelo seco, alinicio la infiltración horizontal es igual a la
vertical, sinembargo, para un período determinado,la
infiltración vertical domina sobre la horizontal; pero, por no
requerir aparato alguno, se puedeimprovisar en cualquier
caso.

También se puede determinar la capacidad de infiltración
considerando una cuenca que esté perfectamente controlada,
de la que se tengan datos muy precisos de precipitación,
evaporacióny escurrimiento. Así, conociendo estos términos,
se puede determinar la infiltración. Estemétodo es el ideal,
aunque es el más difícil de operar, por ello sólo es aplicable
en cuencas deensayo, para confrontar con datos medidos por
otros procedimientos.

4.6. Relación Humedad-Tensión: Curvas Características

Para caracterizar los parámetros hidráulicos básicos que rigen el
flujo de agua en la zona no saturada, de utilizan las denominadas
curva de retención o curva de succión-humedad, y la curva de
conductividad-succión.

Si se representa la evolución del contenido volumétrico o grado
de saturación en función de la succión se obtiene la denominada
curva de retención o curva de succión-humedad, que es
característica de cada suelo y cuya forma depende de la
estructura del suelo y de la geometría y distribución de los
tamaños de los poros. Así pues, un suelo arcilloso tiene menor
densidad aparente y de ahí que tenga un mayor contenido de
agua a saturación. Además, los suelos arcillosos poseen muy
pocos poros grandes y una amplia distribución de amaño de
partículas; por eso se da una disminución gradual del contenido
de agua con el descenso del potencial.

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Por el contrario, en suelos arenosos la mayor parte del agua se
encuentra asociada a los poros de mayores dimensiones, que
drenan a succiones modestas; por ello, en la región capilar se da
un decrecimiento rápido del contenido de agua en el suelo.
Finalmente, los suelos arcillosos tienen un área superficial mucho
mayor que las arenas, y pueden tener una mayor cantidad de
agua adsorbida a la superficie de las partículas.

En este tipo de curvas se pueden diferenciar, a grandes rasgos,
tres regiones:

1) región de entrada de aire, que corresponde a la franja en que
el suelo se encuentra saturado donde el potencial varía pero el
contenido de agua no.

2) región capilar, en la que pequeños incrementos de la succión
provocan el drenaje de los poros más pequeños del suelo, y el
contenido de agua en el suelo disminuye rápidamente.

3) región de adsorción, en la que únicamente queda el agua
adsorbida a las partículas del suelo, debido a que el agua que
estaba albergada en los poros ha sido drenada; en esta última
región, importantes cambios de potencial se asocian con
pequeños cambios de contenido de agua.

Realmente, este tipo de curvas difiere para un mismo suelo en
función de que esté en proceso de secado o de humectación.
Este fenómeno, denominado histéresis, se debe a que los
ángulos de contacto del agua con la fase sólida son distintos en
mojado y en secado. Estos efectos se acentúan con la presencia
de aire atrapado y especialmente en suelos susceptibles de
hinchamiento. Los fenómenos de histéresis tienen un efecto
importante en el flujo del agua y en el transporte de solutos,
aunque en la práctica se tiende a no tenerlos en consideración.

Se han propuesto muchas funciones empíricas para representar y
modelizar las curvas de retención, y entre ellas cabe resaltar la
de Brooks y Corey (1964), que no es utilizable para condiciones
próximas a saturación y para suelos con textura media a fina.

20


Curva de retención y fenómenos de histéresis

4.7. Ley de Darcy

La ley de Darcy, la velocidad de infiltración del agua en un medio
no saturado medido con el infiltrómetro de anillo puede indicarse
mediantela siguiente expresión:

V = velocidad de infiltración [LT-1]
K1 = conductividad capilar o permeabilidad insaturada [LT-1]
V = fuerza de succión en el frente húmedo [L]
Z = distancia al frente húmedo [L]
H = altura de la columna de agua [L]

La influencia de V y h en relación a z decrece cuando z y la
humedad delsuelo se incrementa, llegando un momento en que la
velocidad de infiltración permanece constante. En este momento
V constante W K.

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V. MATERIALES Y MÉTODOS

En general los materiales usados en la determinación de la infiltración
con este método son:
 Cilindro infiltrómetro de doble cilindro metálico
 Comba
 Regla metálica graduada en cm, mm y pulgadas
 Cronómetro
 Pala y/o palana
 Balde
 Trozo de plástico
 Hoja de registro

5.1. Descripción del dispositivo.
Los cilindros utilizados pueden ser de hierro o de acero. Sin embargo, si
tenemosen consideración la elevada pedregosidad de los suelos
mediterráneos, en la mayoríade las ocasiones no será aconsejable
utilizar los cilindros de acero. Aunque si lo piensasun poco seguro que
encuentras algunas condiciones (tipo de suelo, técnica demanejo,
cubierta vegetal) en la que puedes dejar los cilindros de hierro en casa.

Los cilindros de hierro (que pesan bastante más y son muy incómodos
de llevarhasta lugares muy alejados del coche) son más difíciles de
encontrar. Lo más normales encargarlos a algún herrero de confianza,
mientras que los equipamientosconvencionales proporcionados por la
mayoría de las casas comerciales son de aceroy constan de tres juegos
de cilindros de diferentes diámetros.

En el modelo de mayor aceptación el equipo consta de tres juegos de 2
cilindroscada uno de ellos. Los diámetros de los cilindros pequeños son
28, 30 y 32 cm. y losdiámetros correspondientes a los cilindros externos
son 53, 55 y 57 cm.

Con este material se pueden realizar simultáneamente hasta tres
experienciasen localizaciones próximas de características edáficas
similares; de esta formaconseguirás eliminar en mayor medida la
influencia de la variabilidad espacial de lossuelos que si únicamente
realizas una prueba.

Debes buscar emplazamientos distantes menos de 10 metros y, a ser
posible,cerca de una calicata descrita y así disponer de información
detallada acerca delsuelo. Para la interpretación de los resultados es
conveniente hacer un muestreo de lahumedad a diferentes

22


profundidades antes y después del ensayo. Como otros accesorios
dispones de tres juegos de flotadores graduados paramedir la
fluctuación del nivel del agua, un martillo y una cruceta o tapa de
conducción de esfuerzos. El martillo de goma y la tapa, o cruceta en su
caso, se emplean para clavar los dos cilindros simultáneamente hasta la
misma profundidad.

La tapa está provista de un cabezal que absorbe la fuerza del impacto
del martillo altiempo que distribuye está homogéneamente por el borde
de los dos cilindros.

VI. PROCEDIMIENTO

Deberán tomarse en consideración los siguientes aspectos:
 Elección de la ubicación para implantar el instrumento.
 Colocación, llenado de agua y toma de medidas
 Medida y cálculo los volúmenes de agua filtrada, tiempo, etc.

6.1. Elección de la ubicación para implantar el instrumento

La bondad de los datos y la fiabilidad de los resultados obtenidos
dependen en granmedida de la idoneidad del lugar elegido para su
realización y de la conveniencia dela metodología usada. Los aspectos
más relevantes a consideran en relación a laubicación del infiltrómetro
son los siguientes:

 Se debe encontrar una localización representativa del suelo a
estudiar. Esta claro que trasladar el equipo y el agua para llenar los
cilindros resulta ser algo pesado, pero no seas cómodo y ¡no
quedarse en el lugarmás fácil!

 Evitar ubicar los cilindros en zonas compactadas. Los
terrenoscompactados por vehículos o personas presentan una tasa
de infiltraciónmenor que las zonas adyacentes (sobre todo en los
suelos de textura fina).Tener cuidado y evitar compactar el suelo
con nuestras propias pisadas, mientras buscamos el lugar idóneo
como durante la colocación del instrumento.

 En los suelos ricos en arcillas expansibles no instalar el infiltrómetro
sobre las grietas de expansión-contracción.
Cuando la textura del terreno es fina el tamaño de los poros es muy
pequeño y la absorción del agua se ve más afectada por la
estructura del suelo que en el caso de los suelos arenosos.

23


 La tasa de infiltración es particular para cada horizonte del suelo,
asumiéndose homogénea en todo el espesor del mismo. En suelos
con varios horizontes de características diferentes, el paso del frente
húmedo de un horizonte a otro quedará reflejado en la tasa de
infiltración, medida con el infiltrómetro.

 Por último cabe señalar que la tasa de infiltración puede sufrir
variacionesestacionales como consecuencia de cambios en la
composición del agua oen su temperatura, en el crecimiento de la
vegetación, etc.

6.2. Colocación, llenado de agua y toma de medidas
Es muy importante que realices estas tres operaciones sin alterar el
suelo. No debescambiar su porosidad natural. Puesto que los factores
determinantes de la capacidadde absorción de los suelos son múltiples
y fáciles de modificar es conveniente actuarsiguiendo una serie de
normas básicas:

 Colocar los cilindros sobre la ubicación elegida comprobando que
noqueden ni piedras ni raíces bajo el filo de ninguno de los ellos;
puedandeformar los aros con facilidad.

Figura 9: Instalación del infíltrómetro en el campo.

 Clavar los cilindros en el suelo a igual profundidad en todo su
perímetro,y hacerlo además al mismo tiempo. Los cilindros ladeados
o que no han sidointroducidos de forma homogénea presentan
mayor riesgo de sufrir fugasde agua.Tanto el cilindro exterior como
el interior deben llegar de 3 a 5 cm deprofundidad (así se evita
bastante el drenaje lateral), esta acción lo realizamos con la ayuda
de la “cruz” y la comba.

24


 Clavados los cilindros comenzaremos a llenar cuidadosamente de
aguaambos cilindros, empezando siempre por el exterior. Resulta
muy conveniente“tapizar” la parte exterior del suelo del
cilindroexterior con algún otro tipo de material para evitar el drenaje
lateral, en nuestro caso utilizamos arcilla.

 Comprobar que no existan fugas de agua provocadas por la
presenciade piedras o raicillas. Si se cumplió escrupulosamente el
primer punto ya nombradopara evitar alguna fuga y tapamos el
contorno del instrumento con el mismo barro dealrededor arcilla.

 Mantenemos el mismo nivel del agua en el interior de ambos
cilindros.
Como norma general el llenado como indica el uso de un
infiltrómetro que encontramos en internet al iniciar echar agua no
debe sobrepasar los 10cm, y tampoco debes dejar que el nivel
descienda a menos de 5 cm.

Si el nivel en el anillo exterior es mayor que en cilindro centralel
agua tenderá a penetrar desde el suelo produciéndose errores de
lectura.

Figura 10 : Manera que pasa el agua produciendo error.

 Realizamos las mediciones que necesitamos: la medida de los
diámetros de cada uno de los cilindros para q nos ayude a calcular
la medida del volumen de agua que va a pasar al suelo, la medida
de la altura para agregar el agua a nivel en los dos cilindros. Estos
datos los anotamos en nuestro registro o libreta de campo.

 Debido a la elevada variabilidad de los suelos y a los posibles
erroresasociados al método será necesario realizar más de una
medida, en este caso utilizamos el instrumento hasta tener la
absoluta certeza de que el agua está circulando por un mismo

25


horizonte, por ello se realiza en tres puntos con tres repeticiones,
cada una en el cual se repite todo el procedimiento ya mencionado,
realiza este trabajo dentro de los 5 m de diámetro; encualquier caso,
para estar seguros de que todos resultados de las pruebasson
correctos deberán contrastarse con otras propiedades del
suelodeterminantes del movimiento del agua en el suelo como la
textura, laestructura, el contenido en materia orgánica, etc.

VII. RESULTADOS

7.1. Cálculo de las áreas del infiltrómetro.
Datos:

Diámetro interior = 14.10 cm.
Diámetro total = 29 cm.
Radio interior = 7.05 cm.
Radio total = 14.5 cm
π = 3.141592

Área del círculo menor:

Área del círculo mayor:

Área de la corona:

VIII. TRATAMIENTO DE LOS DATOS Y GRÀFICOS

26


Para calcular la tasa de infiltración del suelo en condiciones de no
saturación a partir de las medidas obtenidas durante la experiencia
elaboraremos una tabla de resultados.

Incluyendo tantas series o repeticiones como nº de veces hayas tenido
que rellenar los cilindros.

Serie Acumulacion E
1
Inicio Final Intervalo Promedio Altura Volumen Tasa de Flujo
A B C D
1 0 5 5 2.5 25.0 13533.00 2706.6000
2 5 9 4 7 23.6 12775.15 3193.7880
3 9 13 4 11 21.3 11530.12 2882.5290
4 13 26 13 19.5 18.6 10068.55 774.5040
5 26 51 25 38.5 16.5 8931.78 357.2712
6 51 73 22 62 11.1 6008.65 273.1205
7 73 95 22 84 8.0 4330.56 196.8436
8 95 124 29 109.5 6.0 3247.92 111.9972

27


Serie 2 Acumulación E
A B C D
8 0 4 4 2 25.0 13533.00 3383.2500
3 4 12 8 8 24.0 12991.68 1623.9600
7 12 26 14 19 23.6 12775.15 912.5109
6 26 42 16 34 18.7 10122.68 632.6678
5 42 58 16 50 15.4 8336.33 521.0205
4 58 75 17 66.5 10.6 5737.99 337.5289
2 75 90 15 82.5 9.0 4871.88 324.7920
1 90 113 23 101.5 5.0 2706.60 117.6783

Tasa de infiltración Serie 2A
4000.0000
3500.0000
3000.0000
Infiltración

2500.0000
2000.0000
1500.0000
Tasa de Flujo
1000.0000
500.0000
0.0000
0 20 40 60 80 100 120
Tiempo(min)

28


Serie Acumulacion E
3
A B C D
1 0 5 5 2.5 25.0 13533.00 2706.6000
2 5 15 10 10 23.8 12883.42 1288.3416
3 15 23 8 19 22.0 11909.04 1488.6300
4 23 56 33 39.5 21.5 11638.38 352.6782
5 56 79 23 67.5 13.8 7470.22 324.7920
6 79 94 15 86.5 11.6 6279.31 418.6208
7 94 102 8 98 4.5 2435.94 304.4925

IX. CONCLUSIONES

29


 Para el trabajo experimental ubicamos el infiltrómetro en una zona
más o menos plana en la cual no tuvo las siguientes características:
había intervención de la mano del hombre, no existía pastoreo para
ganado, no era camino, ni otros usos; ya que este tipo de territorios
podría afectar rotundamente el proceso de infiltración del agua por
ser zonas transitables y compactadas por la misma acción.

 La velocidad de infiltració en el suelo del caserio de Agua dulce es
de 178.026 cm/min o 29.671 mm/h.

X. ANEXOS

30


Foto1: Camino al Caserío de Agua dulce.

31


Foto 2 y 3: Camino a la escuela de Agua Dulce

32


Foto 4 y 5: Arriba Escuela del Caserío de la Zona, abajo paisaje del lugar
de la experimentación.

33


Foto 6 y 7: Arriba Descenso del agua después de 1h y media aprox,
medición del nivel del agua del cilindro exterior

34


Foto 8 y 9: Arriba medición del nivel del agua del cilindro interior, abajo:
la diferencia del niel del agua (cilindro exterior con menor cantidad de
agua)

35


Foto 10 y 11: Arriba toma de muestras en el suelo mojado, abajo: suelo
saturado después del paso de agua.

36


XI. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

OFICINA DEL REGANTE. 2002. Caracterización de la infiltración.
Gobierno de Aragón. Departamento de Agricultura, España.
http://web.eead.csic.es/oficinaregante/riego/a2/rsup4.html

VÉLEZ, M., VÉLEZ., J. 2002. Capítulo 8: Infiltración. Universidad
Nacional de Colombia, Unidad de Hidráulica.
http://poseidon.unalmed.edu.co/materias/hidrologia.html

Colegio Federado de Ingenieros y de Arquitectos de Costa Rica, San
José - Costa Rica, Centroamérica
http://www.cfia.or.cr/descargas/inflitracion.pdf

SIAR Sistema Interactivo de Apoyo al Riego, Colombia,
http://www.siar.cl/docs/protocolos/Infiltracion_suelo.pdf Proyecto

Facultad de Ingeniería Forestal, Universidad de Talca, Universidad
Nacional de Colombia, Unidad de Hidráulica.
http://eias.utalca.cl/Docs/pdf/Publicaciones/manuales/c_modulo_curva_i
nfiltracion.pdf

Facultad de Ciencias - UdelaR - Montevideo - Uruguay Gabriel
Corchs.
http://edafologia.fcien.edu.uy/archivos/Agua%20en%20el%20suelo.pdf

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