TEMA:

PRUEVA DE INFILTRACION DE LA LOCALIDAD

DE PUCALOMA - SOCOS

DOCENTE: JUAREZ PULACHE, José Carlos

INTEGRANTES:

- GUTIERREZ ARRIETA, ALEXANDER- EVANAN QUICAÑO, DREISER FELIX- ARANGO VILLANO, OSWALDO

Ayacucho, Agosto del 2015

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 Agrícola.

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.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 cuando:

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.

A BFigura 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.

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

IV.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 esta capa de agua que rodea las partículas es muy reducido. La fuerza de unión entre el agua y las partículas del suelo tiene lugar por medio

de enlaces químicos entre los dipolos del agua y las valencias 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 porosidad del 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).

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

Agua capilarEl 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 de esta agua; así, su presencia puede alcanzar varios metros de altura en materiales arcillosos y pocos milímetros en materiales gravosos.

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

IV.2. Distribución vertical del agua en el suelo.

Suponiendo un material homogéneo y con una porosidad intersticial dada, se pueden diferenciar una serie de zonas en profundidad en función del tipo de agua presente en cada una de ellas.En la zona más superficial, los poros están ocupados por aire y agua. Se trata de la zona de aireación o zona no saturada. En esta zona se distinguen las siguientes sub zonas:

Sub zona de evapotranspiración: es la parte del suelo en contacto directo con la atmósfera. En ella se instalan las raíces de las plantas herbáceas y las raíces superficiales de las plantas superiores. 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 y capilar aislada, pero no existe agua gravífica, a no ser que esté de tránsito hacia zonas inferiores 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, con menor proporción de poros y conductos. En ella se encuentran ubicadas las raíces profundas de las plantas superiores. También se dan fenómenos de absorción de agua y nutrientes por los vegetales, así como procesos de evapotranspiración, pero con menor intensidad, porque las fuerzas de retención del agua son mayores que las de succión de las raíces situadas sobre ella. 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 anterior y también agua capilar aislada.Franja capilar: abarca desde la zona intermedia hasta la superficie freática. Su amplitud depende de la granulometría del material, ya que puede tener varios metros de espesor en arcillas 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 la superficie 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).

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 de humedad del suelo fluctúa debido a las variaciones de la evaporación y la transpiración delas plantas, constituyendo la zona de evapotranspiración. Inmediatamente por debajo de la anterior se encuentra la zona vadosa, en la cual el agua se desplaza por los poros sin llegar a saturarlos. Por último, se distingue la franja capilar, donde el agua satura los poros y que, de pendiendo de la granulometría, puede ascender por capilaridad. En relación con la zona saturada, todos sus poros están ocupados o saturados con agua, su límite inferior corresponde a una roca cuya porosidad no permite la circulación del agua en profundidad.

IV.3. Parámetros de utilidad y caracterización del medio físico.

En diferentes estudios de zonas no saturadas requiere un control continuo de ciertos parámetros variables y la determinación precisa de características intrínsecas del medio. Para tener la posibilidad de alcanzar los objetivos previstos y, en cualquier caso, para optimizar el rendimiento del trabajo, es necesario planificar cuidadosamente la investigación de manera que cualquier omisión no invalide otros datos o les reste eficacia.

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:

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

MineralogíaLa cuantificación aproximada de cada tipo de arcilla (illita, caolinita, esmectitas) presente en el suelo es de gran interés en el estudio de ciertos procesos de adsorción (cambio iónico) que dependen, entre otros factores, de la capacidad de cambio, y de procesos de degradación de plaguicidas y otros compuestos orgánicos.

DensidadLa densidad aparente (dap) se refiere a la masa de suelo seco por volumen de suelo. La densidad mineral (dm) es la masa de suelo seco por volumen de sólidos del suelo.

HumedadEl 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). Los valores de q están comprendidos entre 0, para un suelo totalmente seco, y un máximo de saturación (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 a saturación. Después de que un suelo saturado ha drenado por gravedad alcanza la llamada capacidad de campo. El contenido de humedad correspondiente a este estado es la capacidad de retención.

Densidad mineral rs = Ms / VsDensidad aparente rb = Ms / VtPorosidad n = Vf /VtHumedad gravimétrica w = Mw / MsHumedad volumétrica q = Vw / Vf

IV.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.

IV.5. Infiltración.

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

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 a la 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 y obliga 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.

IV.5.1. .Capacidad de infiltración.

Es la cantidad máxima de agua que un suelo puede absorber por unidad de superficie horizontal y 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).

A la lluvia que cae en el tiempo en que hay lluvia neta se le llama lluvia eficaz, por lo tanto, la lluvia neta equivale a la lluvia eficaz.

IV.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

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 xTn−1<n<0…….(1)Donde:I = Velocidad de infiltración instantáneaT = 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):

D=∫o

t

IdT ………. (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.

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

IV.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 del suelo, 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 hidratación de 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 la compactación de su superficie disminuyendo la capacidad de infiltración; por otra parte, el agua transporta 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 la resistencia a la penetración del agua y actúa sobre las partículas de substancias coloidales que, como se dijo, reducen la dimensión de los espacios intergranulares.La intensidad de esta acción varía 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 en caso de terreno cultivado, depende del tratamiento que se le dé al suelo. La cubierta vegetal densa favorece la infiltración y dificulta el escurrimiento superficial del agua. 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 la infiltración, 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 la infiltración, en caso contrario, cuando la tierra está sometida a un uso intensivo por animales o sujeto 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 de desarrollo de la vegetación, temperatura, etcétera. Variaciones a lo largo de la misma precipitación.

IV.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 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:

Dos Cilindros metálico de acero, el menor con un diámetro no inferior a 30 cm y de 0,5 cm de grosor, y el mayor de 45cm de diámetro.

Martillo (pesado para labores de penetración en el suelo) Estanque de agua. Regla milimétrica de 30cm. 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 cilindro de 40 cm de largo y fijo, aproximadamente 10cm se introduce en el suelo; se pone en él una determinada cantidad de agua y se observa el tiempo que tarda en infiltrarse. A este aparato se le atribuyen algunos defectos: el agua se infiltra por el círculo que constituye el fondo, pero como alrededor de él no se está infiltrando agua, las zonas del suelo a los lados del aparato participan también en la infiltración, por lo tanto, da medidas superiores a la realidad. El error apuntado se corrige colocando otro tubo de mayor diámetro (45 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. 

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 tiempo.

En relación con los datos encontrados en cada uno de los ensayos, se optó por el criterio de utilizar el promedio de los tres valores de menor velocidad de infiltración, con el fin de asumir un criterio conservador en el diseño que asegura un no colapso de las obras. Surcos infiltrómetros.Hay otro método que no utiliza aparato alguno, sino simplemente consiste en hacer un agujero de dimensiones conocidas en el suelo. Se llena de agua hasta cierta altura y se mide la variación de 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 de infiltración. Este procedimiento es mucho menos exacto que el anterior, pues partiendo de un suelo seco, al inicio la infiltración horizontal es igual a la vertical, sin embargo, para un período determinado, la infiltración vertical domina sobre la horizontal; pero, por no requerir aparato alguno, se puede improvisar 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, evaporación y escurrimiento. Así, conociendo estos términos, se puede determinar la infiltración. Este método es el ideal, aunque

es el más difícil de operar, por ello sólo es aplicable en cuencas de ensayo, para confrontar con datos medidos por otros procedimientos.

IV.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.

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.

Curva de retención y fenómenos de histéresis

IV.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 mediante la 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.

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. Cronómetro. Pala y/o palana. Balde. Trozo de plástico. Hoja de registro.

V.1. Descripción del dispositivo. Los cilindros utilizados pueden ser de hierro o de acero. Sin embargo, si tenemos en consideración la elevada pedregosidad de los suelos mediterráneos, en la mayoría de las ocasiones no será aconsejable utilizar los cilindros de acero. Aunque si lo piensas un poco seguro que encuentras algunas condiciones (tipo de suelo, técnica de manejo, 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 llevar hasta lugares muy alejados de la carretera) son más difíciles de encontrar. Lo más normales son encargarlos a algún herrero, mientras que los equipamientos convencionales proporcionados por la mayoría de las casas comerciales son de acero y constan de tres juegos de cilindros de diferentes diámetros.

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

Con este material se pueden realizar simultáneamente hasta tres experiencias en localizaciones próximas de características edáficas similares; de esta forma

conseguirás eliminar en mayor medida la influencia de la variabilidad espacial de los suelos 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 del suelo. Para la interpretación de los resultados es conveniente hacer un muestreo de la humedad a diferentes profundidades antes y después del ensayo. Como otros accesorios dispones de tres juegos de flotadores graduados para medir la fluctuación del nivel del agua, un martillo y una cruceta o tapa de conducción de esfuerzos. El martillo o comba 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 al tiempo 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.

VI.1. Elección de la ubicación para implantar el instrumento.

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

Se debe encontrar una localización representativa del suelo a estudiar. Está 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 lugar más fácil.

Evitar ubicar los cilindros en zonas compactadas. Los terrenos compactados por vehículos o personas presentan una tasa de infiltración menor 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.

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 variaciones estacionales como consecuencia de cambios en la composición del agua o en su temperatura, en el crecimiento de la vegetación, etc.

VI.2. Colocación, llenado de agua y toma de medidas.Es muy importante que realices estas tres operaciones sin alterar el suelo. No debes cambiar su porosidad natural. Puesto que los factores determinantes de la capacidad de absorción de los suelos son múltiples y fáciles de modificar es conveniente actuar siguiendo una serie de normas básicas:

Colocar los cilindros sobre la ubicación elegida comprobando que no queden ni piedras ni raíces bajo el filo de ninguno de los ellos; puedan deformar los aros con facilidad.

Figura 9: Instalación del infiltrómetro 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 sido introducidos de forma homogénea presentan mayor riesgo de sufrir fugas de agua. Tanto el cilindro exterior como el interior deben llegar de 3 a 5 cm de profundidad (así se evita bastante el drenaje lateral), esta acción lo realizamos con la ayuda de la “cruz” y la comba.

Clavados los cilindros comenzaremos a llenar cuidadosamente de agua ambos cilindros, empezando siempre por el exterior. Resulta muy

conveniente “tapizar” la parte exterior del suelo del cilindro exterior 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 presencia de piedras o raicillas. Si se cumplió escrupulosamente el primer punto ya nombrado para evitar alguna fuga y tapamos el contorno del instrumento con el mismo barro de alrededor 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 central el 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 errores asociados 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 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; en cualquier caso, para estar seguros de que todos resultados de las pruebas son correctos deberán contrastarse con otras propiedades del suelo determinantes del movimiento del agua en el suelo como la textura, la estructura, el contenido en materia orgánica, etc.

UBICACIÓN POLÍTICA:

El trabajo se localizó:

País : Perú

Región : Ayacucho

Provincia : Huamanga

Distrito : Socos

Sector : Pucaloma

VII. RESULTADOS

VII.1. Cálculo de las áreas del infiltrómetro.

Datos:

Diámetro interior = 30 cm.Diámetro total = 45cm.Radio interior = 15 cm.Radio total = 22.5cmπ = 3.141592

Área del círculo menor:

A=π r2

A=3.141592∗(15cm.)2

A=706.858 cm2

Área del círculo mayor:

A=π R2

A=3.141592∗(22.5cm.)2

A=1590.43cm2

Área de la corona:

A=π (R2−r2)A=883.57cm2

VIII. TRATAMIENTO DE LOS DATOS Y GRÀFICOS.

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.

PRUEBA DE INFILTRACION N°1

METODO: CILINDROS INFILTROMETROS OPERADOR: ESTUDIANTESPRUEBA N°: 01 TEXTURA: ARCILLOSOLUGAR: ESTACIÓN METEOROLÓGICA PUCALOMA ( 3493 msnm)

CONT. H°:FECHA:06 DE AGOSTO DE 2015 OBSERVACIONES: RASTROJOS DE PAPA

CUADRO N° 1 INFORMACIÓN DE LA PRUEBA DE INFILTRACION

TIEMPO(min)LECTURA(cm) LAMINA INFILTRADA(cm) VELOCIDAD INFILTRADA(cm/h)

parcial acumulada inicial cambio parcial acumulada instantáneo promedio0 0 26 - - - - - 1 1 23.5 - 2.5 2.5 150 1501 2 22 - 1.5 4 90 2402 4 19.5 26 2.5 6.5 75 97.52 6 23 - 3 9.5 90 952 8 21 - 2 11.5 60 86.252 10 19.3 26 1.7 13.2 51 79.25 15 22.1 - 3.9 17.1 46.8 68.45 20 19 26 3.1 20.2 37.2 60.6

10 30 19.8 26.2 6.2 26.4 37.2 52.810 40 20.2 26 6 32.4 36 48.615 55 19.1 25.8 6.9 39.3 27.6 42.8720 75 18.2 26 7.6 46.9 22.8 37.5220 95 18.9 26.1 7.1 54 21.3 34.125 120 18 - 8.1 62.1 19.44 31.05

CUADRO Nº 02 INFORMACION DE LA FUNCION DE LA LAMINA INFILTRADA ACUMULADA

tiempo acumulado

(min) To

lam. Infil. Acumulada

(cm) IacLog To = X Log Iac = Y X.Y X´2 Y´2

1 2,5 0,000 0,398 0,000 0,000 0,1582 4 0,301 0,602 0,181 0,091 0,3624 6,5 0,602 0,813 0,489 0,362 0,6616 9,5 0,778 0,978 0,761 0,606 0,9568 11,5 0,903 1,061 0,958 0,816 1,125

10 13,2 1,000 1,121 1,121 1,000 1,25615 17,1 1,176 1,233 1,450 1,383 1,52020 20,2 1,301 1,305 1,698 1,693 1,70430 26,4 1,477 1,422 2,100 2,182 2,02140 32,4 1,602 1,511 2,420 2,567 2,28255 39,3 1,740 1,594 2,775 3,029 2,54275 46,9 1,875 1,671 3,134 3,516 2,79395 54 1,978 1,732 3,426 3,911 3,001

120 62,1 2,079 1,793 3,728 4,323 3,215SUMATORI

A16,813

17,233 24,241 25,478 23,597

a) Cálculo de los parámetros de la función de lámina acumulada:

Tenemos la fórmula:

Iac=AT 0B

Con ayuda del cuadro hallamos:Cálculo de B

B=n (∑ XiYi)−∑ Xi∑ Yi

n∑ Xi2−(∑ Xi)2 =

14 (24.241 )− (16.813 )∗(17.233)14 (25.478 )−(16.813 )2

B=¿0.670615

Cálculo de A:A=antilog A0

A0=∑Yi−B∑ Xi

n=

17.233−(0.67O 615 )∗(16.813)14

A0=¿0.425568

A=antilog A0=antilog0.425568

A=¿2.664207

Por lo tanto tenemos:

Iac=AT 0B=2.6642O 7T 0

0.670615

Cálculo del coeficiente de determinación:

r2=[∑ XiYi−

∑ Xi∑Yi14 ]

2

[∑ Xi2−(∑ Xi)

2

14 ] [∑Yi2−(∑Yi )

2

14 ]

r2=[24.241−

(16.813 )17.23314 ]

2

[25.478−(16.813 )2

14 ] [23.597−(17.233 )2

14 ]=0.997143

r2=0.997143

El coeficiente de determinación es confiable, esto significa que nuestros datos obtenidos son representativos del lugar y que se tuvo poco error en la lectura y en la elaboración del trabajo. La gráfica entre la infiltración acumulada (Iac) versus tiempo acumulado (To), es el siguiente:

0 20 40 60 80 100 120 1400

10

20

30

40

50

60

70f(x) = 0.500294481217844 x + 7.49702532387264R² = 0.966452150592894

lam. Infil. Acumulada (cm) Iac

lam. Infil. Acumulada (cm) IacLinear (lam. Infil. Acumu-lada (cm) Iac)

tiempo acumulado(minutos)

infil

trac

ion

acum

ulad

a(cm

)

Esto demuestra que mediante gráficos es posible hallar los valores calculados como Iac, el coeficiente de determinación, los valores de A y B. La gráfica nos muestra que a mayor tiempo transcurrido la lámina de infiltración acumulada tiende a aumentar, es decir son directamente proporcionales; esta relación se debe a que el espacio poroso del suelo inicia a llenarse con agua y por ello aumenta la lámina de infiltración acumulada; pero al transcurrir el tiempo disminuye la altura de la lámina de agua infiltrada, esto como consecuencia de que el suelo inicia a saturarse.

CUADRO N° 03 INFORMACIONES DE CÁLCULO DE LA FUNCIÓN DE LA VELOCIDAD DE INFILTRACIÓN INSTANTÁNEA.

tiempo acumulado (min) To=X

V. Infil. Instantánea (cm/h)lac=Y

Log To = X Log Iac = Y X.Y X´2 Y´2

1 150 0,000 2,176 0,000 0,000 4,7352 90 0,301 1,954 0,588 0,091 3,8194 75 0,602 1,875 1,129 0,362 3,5166 90 0,778 1,954 1,521 0,606 3,8198 60 0,903 1,778 1,606 0,816 3,162

10 51 1,000 1,708 1,708 1,000 2,91615 46,8 1,176 1,670 1,964 1,383 2,79020 37,2 1,301 1,571 2,043 1,693 2,46730 37,2 1,477 1,571 2,320 2,182 2,46740 36 1,602 1,556 2,493 2,567 2,42255 27,6 1,740 1,441 2,508 3,029 2,07675 22,8 1,875 1,358 2,546 3,516 1,84495 21,3 1,978 1,328 2,627 3,911 1,765

120 19,44 2,079 1,289 2,679 4,323 1,661SUMATORIA 16,813 23,229 25,733 25,478 39,458

b) CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS DE LA FUNCIÓN DE LA VELOCIDAD DE INFILTRACIÓN INSTANTÁNEA (I) Por fórmula, tenemos:

I=aT 0b

Con los datos del cuadro calculamos b:

b=n (∑ XiYi )−∑ Xi∑Yi

n∑ Xi2−(∑ Xi )2 =

14 (25.733 )−(16.813 )∗23.229

14 (25.478 )−(16.813 )2

b=¿- 0.409203Cálculo de a:

a=antilog a0

a0=∑ Yi−b∑ Xi

n=

23.229−(−0.409203 )∗16.81314

a0=¿2.150638

a=antilog a0=antilog2.150638

a=¿141.461416

Por lo tanto tenemos:

I=aT 0b=141.461416T 0

−0.409203

CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE DETERMINACIÓN:

r2=[∑ XiYi−

∑ Xi∑Yi14 ]

2

[∑ Xi2−(∑ Xi)

2

14 ] [∑Yi2−(∑Yi )

2

14 ]

r2=[25.733−

(16.813 )∗23.22914 ]

2

[25.478−(16.813 )2

14 ] [39.458−(23.229)2

14 ]=0.9668321

r2=0.966321

La gráfica entre la velocidad de infiltración instantánea (I) versus tiempo acumulado (To), es el siguiente:

0

20

40

60

80

100

120

140

160

f(x) = 141.480291531834 x -̂0.409257454662389R² = 0.966732022981732

v. infilt. instantanea(cm/hr)

tiempo acumulada(minutos)

velo

cidad

de

infil

trac

ion

inst

anta

nea

(cm

/hr)

De igual manera es posible hallar mediante gráficos, los valores calculados como I, el coeficiente de determinación, los valores de a y b. La gráfica nos muestra que a mayor tiempo transcurrido la velocidad de infiltración tiende a disminuir hasta tornarse constante transcurrido los 120 minutos. Esta relación se debe a que el espacio poroso del suelo inicia a saturarse y por ello hay menor infiltración en el suelo; sin embargo es notorio que en ciertos intervalos sube o baja la velocidad de infiltración, lo cual es consecuencia de la variabilidad, a una altura determinada, de las propiedades físicas, químicas y fisiológicas del suelo.

c) Velocidad de infiltración básica:De la formula siguiente, calcularemos la velocidad de infiltración básica:Llevando I a unidades de cm/minuto.

141.461416T 0−0.409203→

141.46141660

T 0−0.409203

I=2.357690T 0−0.409203

Ahora hallando Ib:

I b=a (−600b)b

I b=a (−600 b )b=2.357690 (−600 (−0.409203 ) )−0.409203

I b=¿0.248002 cm/minuto

Llevando a mm/hora, tenemos:

I b=¿0.248002( cmmin )( 10mm1cm )( 60min

1hora )

I b=148.801027mm /hora

Cuadro N°04 resultados de Iac, I, Ib y Ip:lamina infiltrada

acumulada (Iac) (cm/min)

Velocidad de infiltración instantánea (I) (cm/hr)

Tiempo de infiltración

(min)

velocidad de infiltración básica

(Ib) (mm/hr)

Conductividad hidráulica(cm/hr)

Iac=2.664207T O0.670615 Iac=141.461416T O

−0.409203 109.449 148.8 14.88

velocidad e infiltración promedio

(Ip)

0.550

Hallando en Tiempo de infiltración. Iac=AT oB

62.1=2.664207T O0.670615

¿=0.670615√ 62.12.664207

=109.448

Hallando la infiltración promedio: Ip=IacT0

Ip=2.664207x (120)0.670615

120=0.550

IX. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

VÉLEZ, M., VÉLEZ., J. 2002. Capítulo 8: Infiltración. UniversidadNacional de Colombia, Unidad de Hidráulica.

AVIDAN, A. 1994. Determinación del régimen de riego de los cultivos. Fascículos 1, 2 y 3 HAIGUD Sociedad para transferencia de tecnología. Estado de Israel.

ABSALON VASQUEZ V. Y LORENZO CHANG NAVARRO L. el riego principios básicos. TOMO I 1992

PANEL FOTOGRAFICO

ESTACION METEREOLOGICA PUCALOMA

a) PRUEBA DEL CILINDRO INFILTROMETRO:

EXCAVACION DE CALICATAS (1m x 1m x 1.5m)