ALUMNA:
CASTREJON RAMIREZ ANA C.
SABOYA GUERRERO, ROBERT
ADRIANZER BALCAZAR, ERINSON
DOCENTE:
ING. ARBULÚ RAMOS, JOSÉ
FECHA DE PRESENTACION:
15/09/2014
2014-IIINFILTRACION
Facultad de Ingeniería, Arquitectura y
Urbanismo
Escuela Profesional de Ingeniería Civil
DEDICATORIA
A Dios por darme el existir y a nuestros padres por la ayuda económica, moral,
espiritual, el cariño que nos brindan y sobre todo darnos la fuerza necesaria e
inspirarme para forjarnos una profesión.
A nuestro docente ING. ARBULÚ RAMOS JOSE DEL CARMEN por
trasmitirnos sus conocimientos, en la práctica de su profesión y sobre todo
mostrarse como un amigo.
“La comprensión y la paciencia es la voz de nuestras experiencias”
“Los amigos son ángeles que nos llevan en sus brazos cuando nuestras alas
tienen problemas para recordar cómo volar”
AGRADECIMIENTO
Expreso especial agradecimiento
A nuestra escuela de Ingeniería Civil de la Universidad Señor de Sipán, por la
formación profesional brindada y su excelente plana docente, de la cual estamos
orgullosos de estar perteneciendo a esta institución.
Un especial agradecimiento a nuestro docente ING. ARBULÚ RAMOS, JOSE
DEL CARMEN. por su tiempo y consejos, brindados en clase.
A nuestra familia por el apoyo, paciencia y comprensión brindada en cada uno de los
trabajos encargados.
INDICE
DEDICATORIA
AGRADECIMIENTO
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN
EXPLORACIÓN, MUESTREO
TITULO I: CONTENIDO DE HUMEDAD
CAPÍTULO I
1.1. DESCRIPCIÓN...........................................................................................7
1.2. UBICACIÓN……………………………………………………………………….9
1.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN……………………………………..…10
1.3.1. OBJETIVO GENERAL…………………………………………………..……10
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS…………………………………………………10
CAPÍTULO II
2.1. METODOS DE EXPLORACION……………………………………………..12
2.2. MUESTREO.............................................................................................12
2.3. TIPOS DE MUESTRAS……....................................................................13
CAPÍTULO III
3.1. DESARROLLO DE LA PRACTICA DE CAMPO……………..……………..16
3.2. MATERIALES A EMPLEARSE………………………………………………..16
3.3. EXCAVACION DE LA CALICATA…………………………………………….18
TITULO II: CONTENIDO DE HUMEDAD
INTRODUCCION
2.1.- DESCRIPCION: CONTENIDO DE HUMEDAD…………………………….24
2.2. RETENCION DE AGUA EN EL SUELO………………………………….…..25
2.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN……………………………………..…28
2.3.1. OBJETIVO GENERAL…………………………………………………..……28
2.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS…………………………………………………28
2.4. PROCEDIEMIENTO………………………………………..…………..………28
2. 5. DATOS…………..…………………………………………………..…………..29
2. 6.CALCULOS……………………………………………………………………...31
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANEXOS
INTRODUCCION
La infiltración ocurre cuando aguas procedentes de las precipitaciones o de
almacenes superficiales (deshielo, ríos, lagos), inicia un movimiento
descendente adentrándose en el subsuelo, pudiendo alcanzar diferentes
profundidades en función de las condiciones.
En términos generales el valor de la infiltración no es constante, sino que,
en los primeros momentos de las precipitaciones suele ser más alto, y
disminuye con rapidez hasta alcanzar un valor constante más bajo que el
inicial. Este descenso está motivado por diferentes factores:
la progresiva saturación de los poros.
la compactación, sobre todo en el caso de que el suelo esté
desprovisto de vegetación.
cierre o disminución de tamaño de las grietas de los suelos, cuando
estos están formados por arcillas que aumentan de tamaño al
hidratarse.
Es por ello que la infiltración juega un papel de primer orden en la relación
lluvia-escurrimiento y, por lo tanto, en los problemas de diseño y predicción
asociados a la dimensión y operación de obras hidráulicas.
En general, el volumen de infiltración es varias veces mayor que el de
escurrimiento durante una tormenta dada, especialmente en cuencas con
un grado de urbanización relativamente bajo.
Sin embargo, la infiltración recibe poca atención por parte de los ingenieros
proyectistas, quizá por la falta de herramientas adecuadas para su
tratamiento. Por ello, se hará una relación de los métodos existentes para el
cálculo de la infiltración más completa que lo usual.
OBJETIVO
1. OBJETIVO GENERAL
Comprender la teoría sobre infiltración y analizar en el ciclo
hidrológico lo importante que es en la relación entre la
precipitación y el escurrimiento.
2. OBJETIVOS ESPECIFICO
Definir cada uno de los factores que la afectan, los métodos
que se usan para medirla y el cálculo
Comprender el proceso de infiltración del agua a través del
suelo
Ejercitar métodos de campo para determinar la capacidad
de infiltración.
Saber cómo desarrollar los ejercicios de infiltración.
INFILTRACION
I. DESARROLLO DEL TEMA
Definición:Es el proceso por el cual el agua penetra en el suelo, a través de la superficie
de la tierra, y queda retenida por ella.La infiltración ocurre cuando aguas procedentes de las precipitaciones o de
almacenes superficiales Infiltración (deshielo, ríos, lagos), Escorrentía
Superficial Escorrentía inicia un movimiento Zona no saturada Hipodérmica
Manantial descendente adentrándose Recarga Escorrentía superficial
epidérmica en el subsuelo, pudiendo Percolación alcanzar diferentes
Escorrentía Subterránea profundidades en función Zona saturada Suelo
edáfico de las condiciones.
En términos generales el valor de la infiltración no es constante, sino que, en los primeros momentos de las precipitaciones suele ser más alto, y disminuye con rapidez hasta alcanzar un valor constante más bajo que el inicial. Este descenso está motivado por diferentes factores:
la progresiva saturación de los poros.
la compactación, sobre todo en el caso de que el suelo esté desprovisto de
vegetación.
cierre o disminución de tamaño de las grietas de los suelos, cuando estos
están formados por arcillas que aumentan de tamaño al hidratarse.
La cantidad de agua que puede infiltrarse en un terreno, y la velocidad a la que puede hacerlo dependen de una serie de factores:
A. La duración y la intensidad de las precipitaciones.
Las precipitaciones suaves, aunque sean prolongadas en el tiempo, favorecen la infiltración, sobre todo si no superan la capacidad de infiltración de un suelo.
Las precipitaciones muy intensas o torrenciales la dificultan. Estas precipitaciones violentas superan con frecuencia la capacidad de infiltración de los suelos, por lo que el agua no infiltrada tenderá a movilizarse superficialmente, pasando a formar parte de la escorrentía superficial.
El agua, para infiltrarse, debe desplazar el aire que esté ocupando los poros y grietas; si las precipitaciones son muy intensas se forma una zona saturada superficial que dificulta inicialmente la salida de ese aire y por lo tanto la entrada de agua.
Cuando las precipitaciones superan la capacidad de infiltración de los suelos estos se encharcan
B. La humedad previa que posea el suelo: la infiltración es más intensa en los suelos secos, y será menor en el caso de suelos que ya estén humedecidos por precipitaciones anteriores.
C. La pendiente del terreno: a mayor pendiente menor volumen de aguas infiltradas.
Cuando el relieve es abrupto la pendiente aumenta la velocidad, y las aguas tienden a descender superficialmente hacia las zonas bajas.
En los relieves suaves, las aguas de precipitación se remansan y permanecen más tiempo en contacto con los poros y fisuras de los materiales superficiales, lo que favorece la infiltración.
Pendiente del Terreno
D. La vegetación, que siempre favorece la infiltración, aunque en mayor o menor medida en función de la abundancia o el tipo de plantas:
La cubierta vegetal protege al suelo de la compactación que provoca el
impacto directo de las gotas de lluvia, al detener y/o amortiguar la velocidad
con la que caen (interceptación). Se reduce entonces la violencia de las
precipitaciones, se frena su recorrido superficial y el agua permanecerá más
tiempo en superficie aumentando las posibilidades de ser infiltrada.
La vegetación intercepta las precipitaciones
II. PROCESO DE INFILTRACION
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. La tasa
máxima a la que el agua puede entrar en un suelo se conoce como capacidad
de infiltración. Si la llegada del agua a la superficie del suelo es menor que la
capacidad de infiltración, toda el agua se infiltrará. Si la intensidad de
precipitación en la superficie del suelo ocurre a una tasa que excede la
capacidad de infiltración, el agua comienza a estancarse y se produce la
escorrentía sobre la superficie de la tierra, una vez que la cuenca de
almacenamiento está llena. Esta escorrentía se conoce como flujo terrestre
hortoniano. El sistema hidrológico completo de una línea divisoria de aguas se
analiza a veces usando modelos de transporte hidrológicos, modelos
matemáticos que consideran la infiltración, la escorrentía y el flujo de canal
para predecir las tasas de flujo del río y la calidad del agua de la corriente.
La infiltración se define como el proceso por el cual el agua penetra por la
superficie del suelo y llega hasta sus capas inferiores. (figura N° 1).
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. (Vélez et al, 2002).
Figura N°1. Perfil de humedad en el proceso de infiltración.
Para explicar el proceso se considera un área pequeña de suelo, de modo que
sus características e intensidad de lluvia sean uniformes.
Suponiendo que al inicio de la tormenta el suelo se encuentra en estado seco,
entonces se infiltrará el total de la intensidad de lluvia, es decir:
Dónde:
f = infiltración, expresada como lámina por unidad de tiempo (mm/h).
fp = capacidad de infiltración (mm/h)
i = intensidad de la lluvia
Al avanzar la lluvia, el suelo llega a saturarse hasta su superficie produciendo
charcos y escurrimiento superficial.
Después del tiempo de encharcamiento, el contenido de humedad en el suelo
aumenta y la capacidad de infiltración disminuye con el tiempo. bajo estas
condiciones, la infiltración se hace independiente de la variación en el tiempo
de la intensidad de la lluvia en tanto que ésta sea mayor que la capacidad de
transmisión del suelo, de manera que:
Donde fp decrece con el tiempo.
Si después del tiempo de encharcamiento la tormenta entra en un periodo de
calma, es decir, su intensidad disminuye hasta hacerse menor que la capacidad
de infiltración, el tirante de agua existente sobre la superficie del suelo, de haberlo,
disminuye hasta desaparecer y el agua contenida en los charcos también se
infiltra, y en menor grado se evapora.
Posteriormente, la lluvia puede volver a intensificarse y alcanzar otro tiempo de
encharcamiento repitiéndose todo el ciclo descrito
Si i < fp , f = i
Si i > fp , t > tp, f = fp
III. FACTORES QUE AFECTAN LA CAPACIDAD DE
INFILTRACIÓN
1. CAPACIDAD DE INFILTRACION.
En hidrología, se denomina capacidad de infiltración a la velocidad
máxima con que el agua penetra en el suelo. La capacidad de
infiltración depende de muchos factores; un suelo desagregado y
permeable tendrá una capacidad de infiltración mayor que un suelo
arcilloso y compacto.
Si una gran
parte de los
poros del suelo
ya se
encuentran
saturados, la
capacidad de
infiltración será
menor que si la
humedad del
suelo es
relativamente baja. En la figura anexa se puede ver la curva de la
capacidad de infiltración, variable en el tiempo, sobrepuesta a un
pluviograma horario, gráficamente se muestra el escurrimiento
superficial, también variable en el tiempo. El índice de infiltración o
capacidad media de infiltración es utilizado para calcular el
escurrimiento en grandes áreas, donde sería difícil aplicar la curva
de capacidad de infiltración. Este es equivalente a la velocidad media
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. METODOS EMPIRICOS
Cuando se tiene mediciones simultáneas de lluvia y volumen de
escurrimiento en una cuenca, las pérdidas se pueden calcular, de acuerdo
con su definición, como:
Dónde:
Vp = volumen de pérdidas.
Vll = volumen de lluvia.
Ved = volumen de escurrimiento directo
Dividiendo ambos miembros entre el área de la cuenca, se tiene:
Dónde:
F= infiltración o lámina de pérdidas acumulada.
/ = altura de lluvia acumulada.
R = escurrimiento directo acumulado.
Derivando con respecto al tiempo se tiene
Donde r es la lámina de escurrimiento directo por unidad de tiempo
A. Índice 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 Φ.
Cuando se tiene un registro
simultáneo de precipitación y
F = I -
f = i – r
Figura: Índice de infiltración media (ø)
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 Φ 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. El índice de
infiltración media Φ será entonces igual a la altura de precipitación
correspondiente a la línea horizontal dividida entre el intervalo de tiempo Δt
que dure cada barra del hietograma.
El volumen de infiltración real se aplica la ecuación:
B. Criterio del coeficiente de escurrimiento
Con este criterio se supone que las pérdidas son proporcionales a la
intensidad de la lluvia, esto es:
Donde la constante de proporcionalidad Ce, sin unidades, se denomina
coeficiente de escurrimiento.
Otra manera de escribir la ecuación es:
O bien:
C. Criterio del United States Soil Conservation Service (USSCS)
Según este criterio la relación entre el coeficiente de escurrimiento y la
altura de precipitación total de una tormenta está dada por:
Donde P es la altura total de precipitación de la tormenta.
El parámetro S se puede estimar si se conocen varias parejas de valores
{P, Ce); el valor de S puede tomarse como el que hace que la variancia del
error cometido al calcular Ce con la ecuación 4.6, con respecto al
coeficiente de escurrimiento real, sea mínima.
D. 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, cuyo valor puede
tomarse como de 0.85 para cálculos diarios.
IPAj+1 = K* IPAj + Pj
E. Método de los números de escurrimiento.
El método "de los números de escurrimiento“, relaciona la altura de lluvia
total P con la altura de lluvia efectiva Pe mediante las curvas mostradas en
la figura 4.2.
Estas curvas se pueden expresar algebraicamente mediante la ecuación.
N es el "número de escurrimiento“.
En la tabla 4.3 se muestran los valores de N para algunas condiciones.
El tipo de suelo se estima tomando como guía la tabla 4.4.
Tabla 4.3
Para tomar en cuenta las condiciones iníciales de humedad del suelo, se
hace una corrección al número de escurrimiento, según la altura de
precipitación acumulada cinco días antes de la fecha en cuestión, 115, de la
siguiente manera:
Tipo de suelo Textura del suelo
ABCD
Arenas con poco limo y arcilla; Suelos muy permeables.Arenas finas y limos.Arenas muy finas, limos, suelos con alto contenido de arcilla.Arcillas en grandes cantidades; suelos poco profundos con subhorizontes de roca sana; suelos muy impermeables.
Si 115 < 2.5 cm, hacer corrección A.
Si 2.5 < 115 < 5 cm, no hacer corrección.
Si 115 > 5 cm, hacer la corrección B.
N N con corrección A
N con corrección B
0102030405060708090
100
049
15223140516378
100
0223750607078859196
100
F. Método de Kostiakov:
Kostiakov propuso un modelo exponencial
ƒ = velocidad de infiltración
Tabla 4.4
Tabla 4.5.
a y b = coeficientes de ajuste
t = tiempo transcurrido
F= Lamina total infiltrada en el tiempo t desde el inicio de la infiltración.
Entonces:
Aplicando logaritmo en ambos miembros
En una ecuación recta
G. Método de Horton:
Horton supuso que el cambio en la capacidad de infiltración puede ser
considerada proporcional a la diferencia entre la capacidad de infiltración
inicial y final.
Donde:
ƒp : Capacidad de infiltración (mm/h)
k : Factor de proporcionalidad.
ƒc : Capacidad de infiltración final.
ƒo : Capacidad de infiltración final.
t : Tiempo transcurrido desde el inicio de la infiltración.
El volumen infiltrado (F) en mm correspondiente a cualquier tiempo, es igual a:
Al transformar la ecuación de Horton a una formula logarítmica se obtiene que:
V. Elementos de una teoría de infiltraciónSea un elemento de suelo como el que se muestra en la figura.
Según el principio de conservación de masa debe cumplirse que:
Donde q es el gasto de entrada por unidad de área, q + Δq es el gasto
de salida por unidad de área, θ es el contenido de humedad en el elemento
de suelo y t es el tiempo.
Haciendo Δt, Δz — O se obtiene la ecuación de continuidad:
Por una ecuación diferencial que depende de 2 variables (z, t), se necesita
otra ecuación para su solución, esta otra ecuación es la ley de Darcy.
Donde K es la conductividad hidráulica del medio o simplemente
conductividad y ø es el potencial total.
Donde ψ = p/y es el potencial capilar y Ώ el potencial de fuerzas externas
por unidad de peso del agua. Si se acepta una distribución hidrostática de
presiones en un intervalo Δz pequeño, se puede escribir:
Derivando la ecuación de Darcy con respecto a z, reemplazando ø y ψ se obtiene:
Sustituyendo en la ecuación de continuidad resulta:
Nótese que tanto ψ como K son funciones de Ø. En las figuras 4a y b se
muestra la forma típica de estas funciones.
La función
Que satisface la ecuación diferencial tiene una forma como la que se ilustra en la figura
De acuerdo con la definición de contenido de humedad Ө, que es el
volumen de agua por unidad de volumen total de suelo, el volumen de agua
infiltrada deberá ser igual al aumento en el contenido de humedad con
respecto al inicial, multiplicado por el volumen de suelo.
En una columna de suelo de área unitaria y longitud infinita el razonamiento
anterior se expresa como:
Y la infiltración será
Ө= Ө (z, t)
Por otra parte, se ha visto que cuando el suelo está saturado las fuerzas
capilares no existen y solamente actúa la fuerza de gravedad. En estas
condiciones, ψ=0 :
En la ley de Darcy
De donde se infiere que Ks es la velocidad mínima con que el suelo puede
transmitir agua
VI. CONCEPTO DEL POTENCIAL EN EL FRENTE
HÚMEDO
Contar con un método intermedio entre teórico y practico, se logra haciendo
algunas simplificaciones a la teoría de la infiltración
Estas simplificaciones consisten básicamente en suponer que los perfiles
avanzan en el tiempo muestra en la figura que sigue, como un pistón.
De este modo, el suelo situado arriba del perfil de humedad está saturado y
abajo de él tiene el contenido de humedad inicial Ө,. Aceptando esta hipótesis,
la ley de Darcy se expresa, en la zona saturada, como:
Donde los subíndices f y sup denotan, respectivamente, las condiciones en el
frente húmedo
De donde la ecuación de Darcy se escribe como:
Se define como deficiencia de humedad Md a la diferencia entre los
contenidos de humedad de saturación e inicial, esto es:
Multiplicando y dividiendo por Md el segundo término del paréntesis de
ecuación de Darcy se obtiene:
De acuerdo con las suposiciones hechas, si el medio está saturado entre z =
O y z = zf, la velocidad del agua será la misma en toda esta región, incluyendo
la superficie; entonces, f = q. Por otra parte, tomando en cuenta F = z (Өs
— Өi). Así, la ecuación anterior se transforma en:
Nótese que si pasa un tiempo largo con una lluvia intensa (i > Ks), F crece hasta
que se hace despreciable; en ese momento se tiene que f =K s. Lo
mismo sucede cuando Md es pequeño, es decir, cuando el contenido de humedad
del suelo está inicialmente cerca al de saturación.
ψf se calcula como un promedio pesado de los valores que adquiere a lo largo del
perfil de humedad real, y que el coeficiente de peso sea la conductividad relativa kr
definida como:Kr = K/Ks
El valor de ψf será el área sombreada en la figura. Para fines prácticos se puede despreciar el valor de Ki/ks y el potencial en el frente húmedo se calcularía como:
VII. MEDICIÓN DE LA INFILTRACIÓNPara 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.
Los infiltrómetros se pueden dividir en dos grupos: de carga constante y
simuladores de lluvia
Infiltrómetros de carga constante.
Los infiltrómetros de carga constante más comunes consisten en dos aros
concéntricos, o bien en un solo tubo; en el primer tipo, se usan dos aros
concéntricos de 20 y 35 cm de diámetro respectivamente, los cuales se hincan
en el suelo varios centímetros
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.
Simuladores de lluvia.
Con el objeto de evitar en lo posible las 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.
En estos aparatos la capacidad de infiltración se
deduce midiendo el escurrimiento superficial
resultante de una lluvia uniforme.
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
Dónde:
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)
VIII. PROBLEMAS DE APLICACIÓN
Ejemplo 1:
En una cuenca de 36 km2 se midieron el hietograma y el hidrograma
mostrados en la figura 1 a y b, respectivamente.
Determinar el índice de infiltración media que se tuvo durante la tormenta
Solución:
cálculo del volumen de escurrimiento directo.
De la figura 1b se observa que, en este caso, la línea de separación entre
gasto base y gasto directo es una recta horizontal. El volumen de
escurrimiento directo es entonces:
Cálculo de la lluvia efectiva. De la ecuación 4.3, la altura de lluvia efectiva es:
Cálculo de Φ
En la tabla se hacen algunos tanteos para encontrar el valor correcto de Φ
TABLA DE TANTEO
En la tabla, hpei es la altura de precipitación en exceso correspondiente a la i-
ésima barra del hietograma. El índice de infiltración media es de 3.15 mm/h
Ejemplo 2:
Una cuenca está formada en un 70% por bosques naturales normales y en un
30% por pastizales naturales con pendiente menor al 1%. El suelo de toda la
cuenca está constituido por arenas muy finas con un alto contenido de arcillas.
Calcular el coeficiente de escurrimiento para una tormenta que tiene una
altura total de precipitación de 50 mm, tomando en cuenta que durante los
cinco días anteriores hubo una precipitación acumulada de 89 mm
De acuerdo con la tabla 4.4, el suelo es del tipo C.
Tabla 4.4
Tipo de suelo Textura del suelo
A
B
C
D
Arenas con poco limo y arcilla; Suelos muy permeables.
Arenas finas y limos.
Arenas muy finas, limos, suelos con alto contenido de arcilla.
Arcillas en grandes cantidades; suelos poco profundos con subhorizontes de roca sana; suelos muy impermeables.
Tabla 4.3
Según la tabla 4.3, los valores de N son, para el área boscosa y de pastizales respectivamente, de:
Un valor de A' medio para la cuenca es:
valores de N según la tabla 4.3 : N70 = 70
N30 = 86
N= 0.7 x 70 + 0.3 x 86 = 75
Dado que la precipitación antecedente es mayor que 2.5 cm, el valor de N debe
modificarse según la corrección B de la tabla 4.5.
Tabla 4.5
N N con corrección A N con corrección B
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
4
9
15
22
31
40
51
63
78
100
0
22
37
50
60
70
78
85
91
96
100
El valor corregido de N es:
Con este valor de Nc y con P = 5 cm, se obtiene, que la precipitación efectiva es:
Nc = 88
El coeficiente de escurrimiento es:
CONCLUSIONES
Hemos entendido con claridad el tema y su relación que hay en la vida
de una obra.
Podemos decir que este tema recibe poca atención por parte de los
ingenieros proyectistas, por falta de herramientas para su tratamiento, es
por ello que acá se dio a conocer los métodos existentes para el cálculo
de la infiltración.
Hemos podido comprender los ejercicios.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
INFILTRATION THEORY FOR HYDROLOGICAPPLICATIONS (1941), ROGER E. SMITH.
VILLON BEJAR Máximo, “Hidrología”. 2002. Primera y Segunda Edición. Costa Rica.
Chereque Morán, W,”Hidrología Para Estudiantes de Ingeniería Civil”. PUCP.1989. LIMA-PERU, SEGUNDA EDICION.
LINKOGRAFIA
http://pendientedemigracion.ucm.es/info/diciex/proyectos/agua/
esc_sub_infiltracion.html.
http://tarwi.lamolina.edu.pe/~echavarri/clase_viii_infiltracion_def.pdf .
Recommended