Este documento trata sobre la infiltración del agua en el suelo. Explica que la infiltración depende de factores como la porosidad del suelo, la gravedad y la capilaridad. También describe métodos para medir la infiltración como el cilindro de doble anilla y la simulación de lluvia. Finalmente, menciona algunas aplicaciones de la infiltración como el tratamiento de aguas residuales y la reducción de la degradación de suelos agrícolas.

1. Séptima sesión: Infiltración
Docente: Roberto Jimeno Meléndez
ESCUELA DE INGIENERIA CIVIL
HIDROLOGÍA

2. Introducción
• La infiltración está gobernada por dos fuerzas:
la gravedad y la acción capilar. Los poros muy
pequeños empujan el agua por la acción capilar
además de contra la fuerza de la gravedad. La
tasa de infiltración se ve afectada por
características del suelo como la facilidad de
entrada, la capacidad de almacenaje y la tasa de
transmisión por el suelo.

3. Definición
• La infiltración es el proceso por el cual el agua
penetra desde la superficie del terreno hacia el
suelo. En una primera etapa satisface la deficiencia
de humedad del suelo en una zona cercana a la
superficie, y posteriormente superado cierto nivel
de humedad, pasa a formar parte del agua
subterránea, saturando los espacios vacíos.

4. Capacidad de
infiltración
• Se denomina capacidad de infiltración a la cantidad máxima de
agua que puede absorber un suelo en determinadas condiciones,
valor que es variable en el tiempo en función de la humedad del
suelo, el material que conforma al suelo, y la mayor o menor
compactación que tiene el mismo.

5. Proceso de infiltración
• El proceso de infiltración puede continuar sólo si hay
espacio disponible para el agua adicional en la superficie
del suelo. El volumen disponible para el agua adicional
depende de la porosidad del suelo y de la tasa a la cual el
agua antes infiltrada puede alejarse de la superficie a
través del suelo

6. Factores que afectan la capacidad de infiltración

7. Factores que afectan la capacidad de infiltración
Entrada superficial
La superficie del suelo puede estar cerrada por la
acumulación de partículas que impidan, o
retrasen la entrada de agua al suelo.
Características del fluido
La contaminación del agua infiltrada por partículas
finas o coloides, la temperatura y viscosidad del
fluido, y la cantidad de sales que lleva.

8. Factores que afectan la capacidad de infiltración
Acumulación en la capacidad
de almacenamiento
El almacenamiento disponible depende de la
porosidad, espesor del horizonte y cantidad de
humedad existente.
Características del medio permeable
La capacidad de infiltración está relacionada con
el tamaño del poro y su distribución, el tipo de
suelo –arenoso, arcilloso-, la vegetación, la
estructura y capas de suelos.

9. Métodos empíricos
• Cuando se tienen mediciones simultáneas de lluvia y volumen de escurrimiento en una cuenca, las
pérdidas se pueden calcular, de acuerdo con su definición, como:
…. (a)
Donde
• Vp = volumen de pérdidas.
• Vll = volumen de lluvia.
• Ved = volumen de escurrimiento directo.
Si ambos miembros de la ecuación (a) se dividen entre el área de la cuenca se obtiene:
….. (b)
• F = infiltración o lámina de pérdidas acumulada.
• I = altura de lluvia acumulada.
• R = escurrimiento directo acumulado.
Vp = Vll - Ved
F = I - R

10. Criterio de la capacidad de infiltración media
Este criterio supone que la capacidad de infiltración es constante durante toda la tormenta. A esta
capacidad de infiltración se le llama índice de infiltración media Ø. Cuando se tiene un registro
simultáneo de precipitación y escurrimiento de una tormenta, el índice de infiltración media se calcula de
la siguiente manera:
• Del hidrograma de la avenida se separa el gasto base y se calcula el volumen de escurrimiento directo.
• Se calcula la altura de lluvia en exceso o efectiva hpe como el volumen de escurrimiento directo dividido
entre el área de la cuenca.
• Se calcula el índice de infiltración media Ø trazando una línea horizontal en el hietograma de la
tormenta, de tal manera que la suma de las alturas de precipitación que queden arriba de esa línea sea
igual a hPe.
ℎ𝑃𝑒 =
𝑉𝑒𝑑
𝐴𝐶

11. Criterio del coeficiente de escurrimiento
• Con este criterio se supone que las pérdidas son proporcionales a la intensidad de la lluvia, esto es:
𝑓 = (1 − 𝐶𝑒)𝑖 𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑐𝑖𝑟 𝑟 = 𝐶𝑒𝑖
Donde la constante de proporcionalidad Ce, sin unidades, se denomina coeficiente de
escurrimiento. Otra manera de escribir la ecuación:
𝑉𝑒𝑑 = 𝐶𝑒 𝑉𝑙𝑙 𝑜 𝐶𝑒 =
𝑉𝑒𝑑
𝑉𝑙𝑙

12. Criterio del Índice de precipitación antecedente
• Este criterio relaciona el índice de infiltración media Ø con las condiciones de humedad del suelo y es
útil para problemas de predicción de avenidas a corto plazo. Las condiciones de humedad del suelo se
representan mediante el índice de precipitación antecedente IPA definido como:
Donde P es la precipitación total
K es una constante que toma en cuenta la disminución de la humedad con el tiempo, cuyo valor puede
tomarse como de 0.85 para cálculos diarios
El subíndice j indica el día en cuestión.
𝐼𝑃𝐴𝑗+1 = 𝐾 ∙ 𝐼𝑃𝐴𝑗 + 𝑃𝑗

13. Modelo de Horton
• (Horton, 1940)Cuando existe saturación en la superficie del terreno, es decir cuando el terreno se
encharca, porque la intensidad de precipitación es superior a la capacidad de infiltración del terreno, se
acumulará el agua en el mismo y se producirá Escorrentía Directa. La capacidad de infiltración del terreno
está relacionada con la permeabilidad de este a través de la Ecuación de Darcy:
Donde
• K es la permeabilidad del terreno
• h el nivel piezométrico
• En los instantes iniciales se satura la capa más superficial del suelo edáfico, por lo que si la Intensidad de
precipitación es superior a la Ksat se formará Escorrentía Directa (I > Ksat), ya que el suelo no tiene la
capacidad suficiente para “absorber” ese caudal o intensidad.

14. Modelo de Dunne
• Dunne (1978) explica la generación de Escorrentía Directa cuando el nivel freático es somero por la
existencia de materiales poco permeables cerca de la superficie, o por encontrarnos cerca de los cauces
de los ríos. En este caso la Infiltración conduce a que la saturación se produzca desde dichos niveles
freáticos desplazándose y alcanzando la superficie. En ese instante toda la precipitación se convierte en
Escorrentía Directa.

15. Medición de la infiltración
Para medir la velocidad de infiltración, existen varios métodos, entre ellos:
- Cilindros infiltrómetros
- Simulación de lluvia
- Método de represa o poceta
Independiente de la utilidad práctica de cada uno de ellos, los infiltrómetros han sido más
recurrentemente utilizados, ya que requieren de menos equipos y materiales, y son más fáciles de
instalar y operar. (Martínez, 2016)

16. Método del cilindro de doble anilla
Este método se utiliza para determinar la velocidad de infiltración en suelos en los
que se establecerán métodos de riego, tales como acequias en contorno, bordes,
tazas, aspersión y goteo.
Según Gurovich, los materiales necesarios para la ejecución adecuada de éste, son:
a. Cilindro metálico de acero, y un diámetro no inferior a 30 cm y de 0,5 cm de
grosor.
b. Martillo (pesado para labores de penetración en el suelo)
c. Estanque de agua de 10 a 15 litros.
d. Agua de igual calidad.
e. Regla milimétrica.
f. Protector de erosión (plástico, madera en el fondo del cilindro)
g. Cronómetro o reloj.

17. Procedimientos
Provisión de agua
Lugar representativo
Previsiones para la prueba
Anotaciones previas
Instalaciones de las anillas
(Oscar Delgadillo, 2016)
• Llevar la cantidad suficiente
• Se sugiere realizar por lo menos dos pruebas de infiltración
en forma simultánea
• Croquis
• Características de la superficie del suelo
• Garantizar la fiabilidad de los resultados y el adecuado
manejo de los equipos

18. Infiltrómetro de doble anilla
• Las lecturas iniciales se deberán realizar con mayor frecuencia (las primeras cinco
lecturas cada minuto
Lecturas

19. Instalación del instrumento de aforo
• Existen dos opciones básicas: el uso de un flotador o el de una regla graduada
Vertido de agua
Recarga de agua
• Periodo de toma de datos es largo (5 horas),
• Nunca debe disminuir a menos de 3 cm. Cuando falte poco para que esto ocurra (cuando la
lámina sea de 5 cm de altura), se debe recuperar el nivel de agua donde sea necesario: en la
anilla interna, en la zona de amortiguación o en ambas.

20. Explicación del método
Se llenan ambas con agua y se mide la tasa de descenso de esta agua en la anilla
interior. Se realiza así para que el flujo del agua en el suelo sea lo más vertical
posible, dado que la infiltración en la anilla externa limita el flujo lateral del agua
infiltrada por la anilla interna, disminuyendo la distorsión de los datos obtenidos.
(Oscar Delgadillo, 2016)

21. Intervalo de tiempo entre
lectura
Tiempo acumulado Nivel de agua cm Nivel de recuperación de
agua.
0 23,3
1 1 22,5
1 2 21,9
1 3 21,4
1 4 21
1 5 20,6
5 10 18,7
5 15 17,4
10 25 15,6 22,7
10 35 20,7
15 50 18,5
15 65 16,8
30 95 14,2 23,2
30 125 20,3
60 185 15,4 24
80 265 17,5 23
60 325 18,5
Fuente: Adaptación Texto de apoyo para capacitación de Riego PCPP

22. Tiempo min Altura cm Diferencial
Infiltración
mmxh-1
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 1.7 68
60 8.9 1.9 76
90 5.3 3.6 72
Promedio 65mm x h-1
Tabla de registro
Para la determinación de la velocidad de infiltración (5) se
empleó el coeficiente I, a saber:
I = (Dh× 600) ∕ t

23. Método de simuladores de lluvia
Las características de la precipitación juegan un papel importante en este listado, por lo que se
deberá atender especialmente las siguientes consideraciones:
- La distribución del tamaño de gota cercana a la real.
- Las velocidades de impacto cercanas a aquellas de las gotas de lluvia
- Intensidades en el rango de lluvia conocidas para la región de estudio.
- La parcela experimental de suficiente tamaño para que represente las condiciones a evaluar.
- Las características de gota y la intensidad de aplicación suficientemente uniforme sobre el área de
estudio.
- La aplicación de gotas casi continuas sobre el área.
- El ángulo de impacto no muy diferente de la vertical.
- Capacidad de reproducir la duración de la precipitación de interés a la a la intensidad deseada.
- Características satisfactorias cuando se usa en condiciones naturales tales como altas temperaturas
y velocidades de viento moderadas. (Montemayor, 1997)

24. Simulador de lluvia
. El área de lluvia es variable entre 0,1 m2 y 40
m2
La diferencia entre precipitación y escorrentía
representa la valoración del volumen infiltrado.
• Bombillas de pulverización de cabezal triple
• Estructura de soporte o simulador de lluvia
• Parcelas de suelo
• Pluviómetro
• Cubetas
• Vaso precipitado o probetas graduadas.
• Cronometro
• Rotulador
MATERIALES

25. • Instalar pluviómetro y que controlaran la cantidad, y
uniformidad de la lluvia
• Colocar tubos colectores
• Iniciar la lluvia y poner en marcha la lluvia
• Deberemos estar atentos al encharcamiento que
dependerá de la cobertura de terreno, tipo de manejo del
suelo.
• Anotar el inicio de la escorrentía superficial
• Anotar el inicio de la escorrentía sub superficial al estar
saturado el suelo (una vez que se identifica que la tasa de
infiltración es contante, se detiene el proceso).
Procedimiento

26. Terreno adaptado para prueba de infiltración vista de PLANTA
Modelo FUSA

27. A escala
Simuladores de lluvia, en los que se aplica el agua de modo y en
cantidades similares a la lluvia natural
• Proceso de gran importancia práctica para el diseño y
la evaluación del riego, prevención de riesgo de
desastres y otros. La falta de una adecuada
consideración del proceso de infiltración puede resultar
en una causante de riesgos.
• Se trata de medir el agua que fluye hacia el
interior de la tierra, medida muy interesante
para saber la precipitación que queda
almacenada o incluso predecir
inundaciones.

28. Aplicaciones – infiltración

29. Sistema de tratamiento de aguas residuales
Los sistemas de tratamiento de aguas residuales son un conjunto integrado de operaciones y procesos
físicos, químicos y biológicos, que se utilizan con la finalidad de depurar las aguas residuales hasta un
nivel tal que permita alcanzar la calidad requerida para su disposición final, o su aprovechamiento
mediante el reuso.
Tanques sépticos con zanjas de infiltración
En localidades pequeñas de tipo rural o zonas con
generación de desagües inferior a los 20m3 /día
(0.23 lps) suele emplearse el tanque séptico como
unidad de tratamiento primario y es usualmente
seguido de un sistema de infiltración. El volumen
total del tanque dependerá del volumen diario de
retención de líquidos, lodos y natas.

30. Uso de tanque séptico y zanja de infiltración, para
una correcta disposición final de los efluentes.

31. Reducción de la degradación de
los suelos agrarios
Las zanjas de infiltración, son canales abiertos, donde se acumula el agua de lluvia, para que infiltre
más agua en el suelo y ésta no se pierda para siempre.
¿Cómo funciona la zanja de infiltración?
El agua que se acumula en la zanja se infiltra al suelo, y da
humedad a las plantas situadas en la parte baja de la zanja,
permitiendo tener más agua en periodos con poca lluvia.
¿Dónde construirlas?
En terrenos pastizales, sobre todo en la parte superior de
terrenos secos

32. Evaluación de la contaminación causada por la
infiltración
Dispersión de los plaguicidas en el medio ambiente
La contaminación se produce por la fuga de plaguicidas del almacén al medio ambiente. Esto puede
ocurrir de varias maneras: los plaguicidas pueden infiltrarse en el suelo
• La infiltración de plaguicidas en el suelo es
aplicable a líquidos y sólidos.
• Los plaguicidas líquidos se filtrarán en el
suelo y se disolverán en la humedad del
suelo. Los plaguicidas sólidos normalmente
se propagarán en primer lugar por la
superficie del suelo desde el lugar de
almacenamiento
• También pueden infiltrarse en el suelo
después de haber sido disueltos por la lluvia.

33. En cualquier caso, los plaguicidas se diluirán siempre en la humedad del suelo. Por lo tanto, la
concentración de plaguicida en el suelo equivale a la concentración de plaguicida en la humedad del
suelo. La concentración máxima de plaguicida en el suelo depende de la solubilidad del plaguicida
en el agua.

34. Conclusiones
• El método de potencial en el frente húmedo, se encuentra aún en una etapa de
pruebas y todavía su uso no es generalizado. Sin embargo, se considera que tiene
amplias perspectivas de aplicación práctica.
• Proceso de gran importancia práctica para el diseño y la evaluación del riego,
prevención de riesgo de desastres. La falta de una adecuada consideración del proceso
de infiltración puede resultar en una distribución de agua poco uniforme.
• Se trata de medir el agua que fluye hacia el interior de la tierra, medida muy
interesante para saber la precipitación que queda almacenada o incluso predecir
inundaciones. (Naturales, 2019)