UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE SANTIAGO(UTESA)

Estudiantes:

Juan Rafael Adames García 1-14-0444 Winfil Vásquez

Profesor:

ING. Atuey Martínez

Tema:

La Infiltración

Materia:

Hidrología General

Grupo:

002

Fecha:15/10/2015

INTRODUCCION

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 salvo agropecuarias Por otra parte, la velocidad de infiltración determina la cantidad de aguade 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 a lluvias muy intensas. En este marco, el presente documento tiene como finalidad 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.

INFILTRACION

La infiltración es el proceso por el cual el agua en la superficie de la tierra entra en el suelo. La tasa de infiltración, en la ciencia del suelo, es una medida de la tasa a la cual el suelo es capaz de absorber la precipitación o la irrigación. Se mide en pulgadas por hora o milímetros por hora. Las disminuciones de tasa hacen que el suelo se sature. Si la tasa de precipitación excede la tasa de infiltración, se producirá escorrentía a menos que haya alguna barrera física. Está relacionada con la conductividad hidráulica saturada del suelo cercano a la superficie. La tasa de infiltración puede medirse usando un infiltrómetro.

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. En el control de la tasa y capacidad infiltración desempeñan un papel la textura y estructura del suelo, los tipos de vegetación, el contenido de agua del suelo, la temperatura del suelo y la intensidad de precipitación. Por ejemplo, los suelos arenosos de grano grueso tienen espacios grandes entre cada grano y permiten que el agua se infiltre rápidamente. La vegetación crea más suelos porosos, protegiendo el suelo del estancamiento de la precipitación, que puede cerrar los huecos naturales entre las partículas del suelo, y soltando el suelo a través de la acción de las raíces. A esto se debe que las áreas arboladas tengan las tasas de infiltración más altas de todos los tipos de vegetación.

La capa superior de hojas, que no está descompuesta, protege el suelo de la acción de la lluvia, y sin ella el suelo puede hacerse mucho menos permeable. En las áreas con vegetación de chaparral, los aceites hidrofóbicos de las hojas suculentas pueden extenderse sobre la superficie del suelo con el fuego, creando grandes áreas de suelo hidrofóbico. Otros eventos que pueden bajar las tasas de infiltración o bloquearla son los restos de plantas secas que son resistentes al remojo, o las heladas. Si el suelo está saturado en un período glacial intenso, puede convertirse en un cemento congelado en el cual no se produce casi ninguna infiltración. Sobre una línea divisoria de aguas probablemente habrá huecos en el cemento helado o el suelo hidrofóbico por donde el agua puede infiltrarse. Una vez que el agua se ha infiltrado en el suelo, permanece allí y se filtra al agua subterránea, o pasa a formar parte del proceso de escorrentía subsuperficial.

¿Cuándo ocurre la infiltración?

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. La cantidad de agua que puede infiltrarse en un terreno, y la

velocidad a la que puede hacerlo dependen de una serie de factores: 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 los suelos estos se encharcan.

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.

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

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

•Las raíces de los vegetales al crecer y desarrollarse abren nuevos conductos, y mantienen abiertos los que ya ocupan, lo que hace que los suelos posean un menor grado de compactación y la infiltración sea por tanto más eficaz.

•La materia orgánica que aporta al suelo la cubierta vegetal (humus), mejora la estructura del suelo puesto que favorece la agregación de los coloides inorgánicos (arcillas y óxidos), los poros tendrán entonces un mayor tamaño, lo que aumentará la permeabilidad y por tanto la infiltración.

Si las gotas de lluvia impactan sobre un suelo desprovisto de vegetación, la superficie del terreno se compacta y se remueven, separan y dispersan los agregados superficiales, desplazándose pequeñas partículas que se introducen en las grietas y fisuras superficiales. Esto hace que estas oquedades queden obturadas en mayor o menor grado, reduciéndose su tamaño y por tanto la capacidad de infiltración.

Influencia de la Vegetación

•Factores relacionados con la naturaleza de los materiales, como la granulometría, textura, consistencia, etc. que determinan la porosidad y permeabilidad de los mismos.

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. 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.

Investigaciones sobre la infiltración

Robert E. Horton (1933) sugirió que la capacidad de infiltración rápidamente disminuía durante la fase inicial de una tormenta y luego tendía hacia un valor aproximadamente constante después de un par de horas. El agua antes infiltrada llena los almacenes disponibles y reduce las fuerzas capilares que hacen entrar el agua en los poros. Las partículas de arcilla en el suelo pueden hincharse cuando se mojan, y así reducen el tamaño de los poros. En áreas donde la tierra no está protegida por una capa de residuos forestales, las gotas de lluvia pueden separar las partículas del suelo superficial y lavar las partículas finas en los poros superficiales, lo que puede impedir el proceso de infiltración.

Infiltración en la recogida de aguas residuales

Los sistemas de recogida de aguas residuales consisten de un juego de líneas, uniones y estaciones elevadoras para comunicar las aguas residuales con una planta de tratamiento de agua. Cuando estas líneas se ven comprometidas por ruptura, rajas o invasión de la raíz de un árbol, puede producirse infiltración de aguas pluviales. Esta circunstancia a menudo conduce a un desbordamiento de alcantarillas, o la descarga de aguas residuales no tratadas al entorno.

Métodos de cálculo de la infiltración

Hay varias formas de estimar el volumen y/o la tasa de infiltración del agua en un suelo. Algunos métodos de valoración excelentes son el método Verde-Ampt, el método de SCS, el método de Horton, y la ley de Darcy.

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.

 Temperatura. Las temperaturas bajas dificultan la infiltración.Importancia de la infiltración en la ingeniería civil

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 a lluvias muy intensas.

CONCLUSION

Al finalizar este trabajo cabe destacar que los suelos con mayor capacidad de infiltración son los suelos de montes, como consecuencia de su alto contenido en materia orgánica, la cual les confiera una estructura esponjosa con gran macro porosidad, capases de frenar los procesos erosivos.

Los suelos con escasa biomasa, muestran una baja capacidad de infiltración como consecuencia de su bajo contenidos en materia orgánica, siendo altamente susceptibles a los procesos erosión hídrica.

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.