Infiltracion

III.3. INFILTRACION

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.

En términos sencillos, se puede entender que es la velocidad con la que el agua penetra en el perfil del suelo, empezando esta penetración prácticamente desde el mismo momento en que empieza la lluvia en consideración, manteniéndose inclusive tiempo después de que ésta cesa.

Específicamente se puede decir que la Velocidad de Infiltración dependerá de factores tales como:

La Cobertura del Suelo (con vegetación, sin vegetación, etc.)

Tipo de suelo (arcillas, arenas, etc), lo cual establecerá el nivel de permeabilidad de éste.

Condición de Humedad del Suelo antes del inicio de la lluvia: es de esperarse que si el suelo está seco, las Pérdidas por Infiltración iniciales sean mayores a que si la condición de humedad antecedente es alta, en la cual el suelo no estará susceptible a recibir mucha agua desde la superficie.

Otros factores, quizá de menor significancia, podrían ser la compactación del suelo (debido a la misma lluvia o al paso de animales, por ejemplo), pendiente de la cuenca la cual, en la medida que tiende a ser de baja a nula, tenderá a favorecer el proceso de Infiltración.

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.

El postulado de Horton establece que la curva que representa la capacidad de infiltración se manifiesta de esa manera, solo y solo si la intensidad de precipitación es mayor que la capacidad de infiltración del suelo analizado. Este principio o postulado es debidamente respetado en el ensayo de infiltración de doble anillo, porque siempre hay agua en superficie que satisface la capacidad de absorción que tiene el suelo en su grado máximo o potencial, cualquiera sea el tiempo que transcurre desde el inicio del ensayo.

La capacidad de infiltración es la capacidad máxima con que un suelo, en una condición dada, puede absorber agua. Se denota con la letra F y se expresa normalmente en mm/hr.

La restricción principal del Fenómeno de infiltración está condicionada a que la Capacidad de infiltración no podrá ser mayor que la Intensidad de la Precipitación sobre la superficie del suelo, pues de ser éste el caso (en el que toda el agua se infiltrará) no se puede estimar las Pérdidas por Infiltración de forma matemática.

La estimación de la Capacidad de Infiltración se puede realizar mediante la expresión de Horton quien estableció que, para cualquier suelo bajo lluvia constante, la Velocidad de Infiltración decrece en el tiempo de acuerdo a la siguiente ley:

Donde:

F: Capacidad de infiltración en un tiempo t (mm/hr).

fc: Capacidad de infiltración para un tiempo t muy grande (mm/hr). Es la capacidad de equilibrio, obtenida cuando el suelo está completamente saturado.

fo: Capacidad de infiltración inicial, t=0. (mm/hr).

t: Tiempo trascurrido desde el inicio de la lluvia (min).

K: Constante para un suelo y superficie particulares.(min-1)

La constante K es una función de las condiciones de la superficie del suelo (cobertura vegetal, por ejemplo). Un suelo recubierto de vegetación tendrá valores de K pequeños, mientras que los suelos sin vegetación (desnudos) tendrán valores mayores. fc y fo dependen igualmente del tipo de suelo y su cobertura.

La bibliografía del tema presenta, para estos coeficientes, los valores representativos siguientes:

Tipo de Suelo fo

(mm/hr) fc

(mm/hr) K

(min-1)

Desnudo 280 6-220 1,6

Agrícola estándar con materia orgánica. 900 20-290 0,8

Pantanoso 325 2-20 1,8

Arenoso fino desnudo 210 2-25 2

Arcilloso con materia orgánica. 670 10-30 1,4

El valor de fc es función de la pendiente hasta un valor límite en el orden del 16 a 24%. A partir de allí la variación es despreciable.

En el caso de K y fo, se tiene que son prácticamente constantes para un suelo determinado, variando muy poco con la pendiente de la cuenca y/o la intensidad de la lluvia.

ENSAYOS DE LA INFILTRACIÓN.

Los métodos para medir la infiltración se dividen en métodos directos e indirectos.

MÉTODOS DIRECTOS: Valorar la cantidad de agua infiltrada sobre una superficie de suelo:

Lisímetros: Es un depósito enterrado, de paredes verticales, abierto en su parte superior y relleno del terreno que se quiere estudiar. La superficie del suelo está sometida a los agentes atmosféricos y recibe las precipitaciones naturales. El agua de drenaje es medida, al igual que la humedad y la temperatura del suelo a diferentes profundidades. Los inconvenientes son la necesidad de períodos largos, la reconstrucción del suelo no es adecuada ya que no se reproduce exactamente igual el proceso que el mismo sufrió debido al accionar de la naturaleza y el hombre.

Simuladores de lluvia: Aplican agua en forma constante reproduciendo lo más fielmente el acontecer de la precipitación. Las gotas son del tamaño de las de la lluvia y tienen una energía de impacto similar, comparándose los efectos. Varían en tamaño, cantidad de agua necesaria y método de medición. 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.

Infiltrómetros: Para realizar el ensayo de infiltración en el campo se utiliza el infiltrómetro. Es un aparato sencillo, de uno o dos tubos de chapa de diámetro fijo. Se clava en el suelo a una profundidad variable, se le agrega una cierta cantidad de agua y se observa el tiempo que tarda en infiltrarse. Tubos: Es un tubo de cilíndrico de 0,20 a 0,25 cm de diámetro y un alto de 0,60 m, que se hinca en el suelo, midiéndose el descenso del agua, con el principal inconveniente que el agua infiltrada por el círculo del fondo, en las zonas del suelo a los lados del aparato participan también en la infiltración; dando medidas superiores a la realidad. Infiltrómetros: Son dos anillos concéntricos, usándose el interior, de 23 cm. de diámetro para determinar la velocidad de infiltración, mientras que el exterior de 35 cm se inunda a las mismas profundidades para disminuir los efectos de frontera en el anillo interior. Los anillos se insertan en el suelo a la profundidad mínima necesaria para evitar las fugas de los mismos. La medición es menor que la anterior y más concordante con la capacidad real del suelo. El método de Muntz trabaja con los mismos anillos pero cambia la forma de medir: junto al cilindro interior se entierra una punta, colocándose una determinada cantidad de agua por encima y repitiendo la medición en intervalos de tiempo y descenso del agua. Los principales inconvenientes, aparte del carácter local de la experiencia, son que el suelo se modifica al clavar el tubo, y no hay efectos de compactación, ni de arrastre de finos, ni del aire. Se aclara que el terreno no es preparado para el ensayo de infiltración, si no que se hace sobre el terreno natural. Como la medición varía según el estado de humedad inicial existente al momento del ensayo, deben realizarse una serie de ensayos para distintos grados de humedad.

MÉTODOS INDIRECTOS: Se determina la capacidad de infiltración considerando una cuenca perfectamente controlada, con datos precisos de precipitación, evaporación y escorrentía, se puede determinar la infiltración.

Ensayo de infiltración: Los ensayos de infiltración permiten conocer la variación de la capacidad de infiltración en función del tiempo, decreciente a medida que transcurre el mismo.

Los ensayos más simples y difundidos son los que se desarrollan con los anillos concéntricos. Los datos obtenidos de campo se vuelcan en una planilla registrándose las distintas alturas de agua y los tiempos correspondientes. Los intervalos de tiempo dependen del suelo donde se hace la medición. Con los datos de altura y tiempo se obtienen los deltas de ambos.

METODO DEL INDICE DE INFILTRACION

En la práctica es posible obtener los denominados índices de infiltración, los cuales permiten aproximaciones razonables de las pérdidas debida a la infiltración.

Muchos índices han sido propuestos como indicadores de la infiltración en determinada cuenca, pero el de más amplio uso es el índice Φ de pérdidas el cual, si bien no toma en cuenta la variación de la infiltración con el tiempo, es un método rápido y sencillo para determinar la escorrentía que generaría una tormenta en cuencas de gran extensión.

El Índice Φ de pérdidas es definido entonces como:

La intensidad media de la lluvia, por encima de la cual el volumen de la escorrentía superficial es igual al volumen de la lluvia neta.

En función de la definición anterior, el Índice Φ de pérdidas tiene las unidades de intensidad de lluvia (mm/hr) siendo necesario, para su cálculo, conocer a partir de mediciones el valor de la escorrentía superficial así como la distribución en el tiempo de la lluvia que la generó en la cuenca en estudio.

Esquemáticamente

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