1. INTRODUCCIÓN
La
infiltración el agua posee un rol fundamental en los procesos de escorrentía
como respuesta a una precipitación dada en una cuenca, dependiendo de su
magnitud lluvias de iguales intensidades, pueden producir caudales diferentes.
Así también lo es, el estudio de la recarga de acuíferos. La infiltración
depende de muchos factores, por lo que su estimación confiable es bastante
difícil y es imposible obtener una relación única entre todos los parámetros
que la condicionan.
En
este sentido, el proceso de infiltración de agua en el suelo ha sido
intensamente estudiado debido a su importancia en el manejo del agua en la
agricultura, la conservación del recurso suelo y otras actividades
silvoagropecuarias. Por otra parte, la velocidad de infiltración determina la
cantidad de agua de escurrimiento superficial y con ello el peligro de erosión
hídrica. En casi todos los métodos de riego la velocidad de entrada de agua al
suelo determina los tiempos de riego y los diseños de los sistemas en cuanto al
tamaño de las unidades superficiales y los caudales a utilizar. Además, el
proceso de infiltración es de gran importancia práctica dado que su velocidad
determina generalmente la cantidad de agua de escurrimiento, pudiendo
detectarse así el peligro de erosión durante inundaciones o lluvias muy
intensas.
El
presente trabajo práctico, tiene como objetivo determinar la velocidad de
infiltración del agua en suelo, en términos del diseño hidrológico de las obras
de conservación y aprovechamiento de aguas y suelos, en particular, de las
zanjas de infiltración.
2. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE
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, es vista
por el ingeniero como un proceso de pérdida y por el agricultor como una
ganancia. 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.
En
el proceso de infiltración se pueden distinguir tres fases:
a) 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
de la transpiración de las plantas.
b) 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.
c) 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.
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). 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 (Gurovich, 1985).
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:
Donde:
I =
Velocidad de infiltración instantánea
T =
Tiempo en minutos.
K =
Constante que representa la velocidad de infiltración para t = 1.
n =
Pendiente de la curva de velocidad de infiltración con respecto al tiempo.
La
infiltración acumulada, se obtiene integrando (1):
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 esta manera,
es posible visualizar una familia de curvas de infiltración para cada tipo de
suelo. Ver figura N° 2
3.
MEDICIÓN DE LA
INFILTRACIÓN
Para
medir la velocidad de infiltración, existen varios métodos, entre ellos:
-
Cilindros infiltrómetros
-
Surcos infiltrómetros
-
Método de represa
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.
Método
del cilindro
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,
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)
Recipiente con agua de 10 a 15 litros.
d)
Regla milimétrica.
e)
Protector de erosión (plástico, madera en el fondo del cilindro)
f)
Cronómetro o reloj.
El registro de las mediciones, se realiza en base a una tabla con
distintas alturas de agua en el cilindro, a intervalos periódicos, de modo de
registrar intervalos a los 5, 10, 20 ,30 ,45, 60 90..... (tabla N° 1); de igual
forma su representación gráfica puede apreciarse en el gráfico N° 1.
Para la determinación de la
velocidad de infiltración (5) se empleo el coeficiente I, a saber:
Donde:
I: Velocidad de infiltración
en mm/hr
Dh : Diferencial de altura de
agua ( cm)
t: Diferencial de tiempo (m)
Así, de la tabla N° 2, se
desprende que:
REFERENCIAS
BIBLIOGRÁFICAS.
- GUROVICH, L. 1985.
Fundamentos y diseño de sistema de riego. Instituto Interamericano de
cooperación para la agricultura (CIIA). Primera Edición, San José, Costa Rica.
Capítulo 6. p. 143-168.
- VÉLEZ, M., VÉLEZ., J. 2002.
Capítulo 8:Infiltración. Universidad Nacional de Colombia, Unidad de
Hidráulica.
