Infiltración

Instituto Universitario Politécnico
“Santiago Mariño”
Extensión Puerto Ordaz
Escuela de Ingeniería Civil

INFILTRACIÓN

Profesora: Ing. Enid Moreno
Cátedra: Hidrología

Autor:
Jeefri Zerón

INFILTRACIÓN
Paso del agua de la superficie hacia el interior del suelo.
SUBPROCESOS
Dependen fundamentalmente del agua disponible a infiltrar, la
naturaleza del suelo, el estado de la superficie y las cantidades de
agua y aire inicialmente presentes en su interior.
Para efecto de cálculo se expresa en unidades de velocidad de
paso: mm/h, milímetro por hora o cm/h, centímetro por hora.
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. Son usados
con frecuencia en pequeñas cuencas o en áreas pequeñas o
experimentales dentro de cuencas grandes. Este proceso suele ser
complejo. 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.

Infiltrómetros de carga constante

Simuladores de lluvia

Permiten conocer la cantidad de agua que penetra en el
suelo en un área cerrada a partir del agua que debe
agregarse a dicha área para mantener un tirante
constante, que generalmente es de medio centímetro.
Consisten en dos aros concéntricos, o bien en un solo
tubo; en el primer tipo, se usan dos aros concéntricos de
23 y 92 cm de diámetro respectivamente, los cuales se
hincan en el suelo varios centímetros.

Tienen el objetivo de evitar posibles fallas de los
infiltrómetros de carga constante, se usan los
infiltrómetros que simulan la lluvia, aplicando el agua en
forma constante al suelo mediante regaderas.

El agua se introduce en ambos compartimentos, los
cuales deben conservar el mismo tirante. El objeto del
aro exterior es evitar que el agua dentro del aro interior
se expanda en una zona de penetración mayor que el
área correspondiente; la capacidad de infiltración del
suelo se determina a partir de la cantidad de agua que
hay que agregar al aro interior para mantener su tirante
constante.

El área que estos simuladores cubre varía generalmente
entre 0.1 y 40 m2. En estos aparatos la capacidad de
infiltración se deduce midiendo el escurrimiento
superficial resultante de una lluvia uniforme. Existen
diversos tipos de infiltrómetros de esta clase,
dependiendo del sistema generador de lluvia y la forma
de recoger el escurrimiento superficial del área en
estudio.

La capacidad de infiltración media en la cuenca Æ, se
puede obtener con las mediciones de infiltrómetros en
puntos representativos de las diferentes características
del suelo de la cuenca.

•

Æ = (1 / Ac) Vi Ai

Donde:
Æ = capacidad de infiltración media de la cuenca (m/s)
Ac = área total de la cuenca (m2)
Vi = velocidad de infiltración obtenida con el infiltrómetro
(m/s)
Ai = área con características similares a las del punto donde
se midió Vi (m2)

METODOS PARA CALCULAR LA INFILTRACIÓN
Todos los métodos disponibles para determinar la capacidad de
infiltración en una cuenca están basados en el criterio expuesto
(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
Donde:
P = Volumen de precipitación (m3)
Q = Volumen de escurrimiento directo (m3)
F = Volumen de infiltración (m3)

HIETOGRAMA
Gráfico que expresa precipitación en función del tiempo. En ordenadas puede figurar la
precipitación caída (mm), o bien la intensidad de precipitación (mm/hora)
Generalmente se representa como un histograma (gráfico de barras), aunque a veces
también se expresa como un gráfico de línea (sería un hietograma anual).
A veces un hietograma se refiere a un día o a una tormenta concreta (en el eje de
abscisas, las horas que duró la tormenta); en otras ocasiones el periodo de tiempo
representado en el eje horizontal puede ser más amplio: meses o años.
Para su elaboración, si se trata de un hietograma mensual o anual, bastará con
representar datos diarios. Si se trata de un hietograma de un día o de unas horas de
duración, necesitamos una banda de pluviógrafo, leyendo la precipitación caída en los
intervalos elegidos, por ejemplo, de 10 en 10 minutos.
Si no se dispone de datos de pluviógrafo, sino solamente de la precipitación diaria, aún
se puede calcular la forma previsible del hietograma.
Grafico de Línea

Grafico de Barras

Forma Previsible

HIDROGRAMA

Hidrograma Anual

Gráfico que muestra la variación en el tiempo de
alguna información hidrológica tal como: nivel
de agua, caudal, carga, 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
hidrogramas
anuales.

Se tienen dos tipos principales de hidrogramas.
El hidrograma anual, registra las variaciones de
caudal de una fuente, para un periodo de tiempo
de un año.
Este se obtiene al calcular el volumen de agua
que transcurre por el cauce, midiendo el área
bajo la curva del hidrograma.
El segundo tipo de hidrograma, se llama
hidrograma para un evento, el cual muestra el
comportamiento
del
caudal
para
una
precipitación o tormenta en particular.

Hidrograma para un Evento

El hidrograma para un evento tiene puntos representativos. El punto A, se denomina punto de
levantamiento y corresponde al momento en el que la escorrentía comienza a llegar al punto de salida
de la cuenca. El punto B, se llama caudal pico y es el máximo caudal que genera la escorrentía, es
importante con fines de diseño, dado que condiciona el tamaño de las obras hidráulicas de control. El
punto C, denominado punto de inflexión, representa el momento en el cual termina la escorrentía
superficial, es el comienzo de la curva de vaciado, es decir el tiempo que demora en salir de la cuenca
el agua aportada por la lluvia. El punto D, representa el final de la escorrentía directa. El tiempo base
indica el tiempo total que se produce escorrentía. El tiempo de crecida indica el tiempo transcurrido
desde el inicio de la escorrentía hasta el momento en que se alcanza el caudal pico.

En algunos casos es necesario determinar el volumen total del escurrimiento superficial generado por una lluvia en un tiempo
determinado. Sin embargo es más frecuente el caso en que se requiere conocer el caudal máximo instantáneo de una
determinada avenida. Otras veces se requiere un conocimiento completo del hidrograma, es decir la variación en el tiempo del
caudal en una determinada sección en la cual se pretende construir una obra hidráulica o proteger un bien existente.
Los métodos que se utilizan para estos cálculos son:
• El racional: Es probablemente el modelo más antiguo de predicción de caudales debido a escorrentía, numerosos autores lo
ubican a finales del siglo XIX. A pesar de su sencillez, este método es todavía ampliamente utilizado para el diseño de
estructuras hidráulicas. Sin embargo, para cuencas hidrográficas, se recomienda su utilización para áreas menores a 100 ha.
•

Q= (C.I.A)/360

Dónde:
Q = es el caudal debido a escorrentía [m3/seg].
C = es el coeficiente de cobertura.
A = es el área de la cuenca [ha].
I = es la intensidad máxima de la precipitación para una duración equivalente al tiempo de concentración de la cuenca [mm/h].
• Hidrograma unitario: Se define como el hidrograma que produciría la escorrentía directa, al contar con una precipitación
unitaria, con una duración determinada. Por ejemplo una lluvia de 1 mm en 1 hora, o una lluvia de 1 mm en 2 horas. El
hidrograma unitario, presenta dos propiedades fundamentales, el principio de aditividad y el principio de afinidad.
Se obtiene separando el escurrimiento directo del de base. Luego se calcula el volumen de escorrentía y se dividen las
ordenadas del hidrograma diferencia por la altura de precipitación efectiva, para obtener el HU proporcional a la altura de
precipitación efectiva unitaria elegida, todo ello para una duración de tormenta adoptada compatible con la duración unitaria.
Debe tratarse de obtener 2 o 3 hidrogramas HU para iguales duraciones, promediándolos posteriormente, con caudales picos
promedios y tiempos al pico promedio.
• Modelos matemáticos de cuencas hidrográficas: Representa el hidrograma que se obtendría si en la cuenca lloviera
indefinidamente la lámina unitaria con la que se calculo el hidrograma unitario, es decir, si lloviera 1 mm en forma indefinida.
Se desplaza el hidrograma de acuerdo al número de horas que se quiere obtener el nuevo hidrograma.
Se restan los valores de los dos hidrogramas.
Se multiplica la resta anterior por el cociente del número de horas original sobre el tiempo deseado.

INDICE DE INFILTRACIÓN
Se basa 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.
Según la Figura, el valor correcto de ø se tendrá cuando:

•

∑ ∆hei=he

Dónde:
∆hei = lluvia en exceso en el intervalo de tiempo deducido del hietograma ø de la tormenta
he = lluvia en exceso deducida del volumen de escurrimiento directo (Ved) entre el área de la cuenca (A).

CURVA DE CAPACIDAD DE INFITRACIÓN
La curva de capacidad de infiltración tiene la forma de una exponencial decreciente, desde un valor inicial fo,
hasta un valor final fc. Esta forma se mantiene constante en el caso de que la intensidad de precipitación
sea mayor que la capacidad de infiltración. Pero si ocurre que la capacidad de infiltración supera a la
intensidad de precipitación, la curva no parte de un valor fo, sino desde el valor de intensidad de
precipitación efectivamente registrada.
Asimismo la forma original de la exponencial decreciente, se modifica, pues se produce un desplazamiento
o traslado en el sentido creciente de los tiempos de la curva original.
Este fenómeno también se presenta en el caso de tener precipitaciones intermitentes. En los períodos entre
precipitaciones se produce una recuperación de la capacidad de infiltración del suelo.

METODO DE HORTON)

fp
k
fc
fo
t

= Capacidad de infiltración (mm/h)
= Factor de proporcionalidad llamado también 'parámetro de decrecimiento'.
= Capacidad de infiltración final
= Capacidad de infiltración inicial (Para t=0).
= Tiempo transcurrido desde el inicio de la infiltración. (En minutos).
El volumen infiltrado (F) en milímetros correspondiente a cualquier tiempo t, es igual a:

Al transformar la ecuación de Horton a una forma logarítmica se obtiene que:

•

log(fp-fc) = log (fo-fc)-k log e. t

REFERENCIAS
• Geología: ‘’Precipitaciones’’ Disponible:
http://geologia.uson.mx/academicos/lvega/ARCHIVOS/ARCHIVOS/INFIL.htm.
[Consulta: 2013, Noviembre 14].
• Diseño de hidrogramas. Disponible:
http://hidrologia.usal.es/practicas/Hietog_diseno_fundamento.pdf. [Consulta: 2013,
Noviembre 15].
• Hidrología. Infiltración. Disponible:
http://www.ual.es/Depar/IngenRural/documentos/hidrologia2002d.pdf. [Consulta:
2013, Noviembre 15].
• Infiltración. Disponible: http://ocw.usal.es/eduCommons/cienciasexperimentales/hidrologia/contenidos/02.Precipitaciones.pdf. [Consulta: 2013,
Noviembre 15].

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