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1

INTRODUCCIÓN ................................................................................................. 1

2

OBJETIVOS......................................................................................................... 2

3

MARCO TEÓRICO .............................................................................................. 3 3.1

La Infiltración ....................................................................................................... 3

3.1.1

Capacidad de Infiltración .............................................................................. 4

3.1.2

Factores que afectan la infiltración ............................................................... 4

3.1.3

Obtención de datos de campo para determinar la velocidad de infiltración .. 7

3.2

Permeabilidad ..................................................................................................... 7

3.3

Percolación. ........................................................................................................ 8

4

MATERIALES ...................................................................................................... 8

5

METODOLOGÍA .................................................................................................. 9

6

RESULTADOS Y DISCUSIÓN .......................................................................... 11

7

CONCLUSIONES .............................................................................................. 16

8

RECOMENDACIONES ...................................................................................... 16

9

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................. 17

10 ANEXOS: ........................................................................................................... 18

1 INTRODUCCIÓN El método de doble cilindro 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. El presente informe da a conocer el uso de la herramienta de doble cilindro para la determinación de la conductividad hidráulica (velocidad de Infiltración) de un suelo no saturado, en una zona pastizal. 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 Ambiental.

2 OBJETIVOS 

Ejecutar el método de doble cilindro en una zona pastizal, del municipio de Jacaltenango.



Obtener los resultados característicos del área de estudio para su posterior análisis.



Generar análisis crítico respecto a los resultados obtenidos en campo.

3 MARCO TEÓRICO 3.1 La Infiltración Es un elemento importante del ciclo hidrológico interviniente en muchos problemas de evaluación, planificación y diseños de ingeniería. Se define a la infiltración como al proceso hidrológico por el cual el agua ingresa al suelo a través de su superficie. La superficie a través de la cual se produce el proceso de ingreso del agua al suelo puede ser:  la superficie del suelo en terreno natural no inundado.  el lecho de un río o cauce natural o artificial.  el fondo de una laguna o estero.  cualquier otro tipo de interfase suelo-agua por donde pueda producirse este proceso. A través de lo expresado surge claramente la interacción de dos elementos: al agua que es la que sufre el proceso de infiltración y el suelo, el cual se transforma en el receptor de dicha infiltración (en forma temporal o permanente). El agua que da origen a la infiltración puede provenir de fenómenos naturales (lluvia, agua de depresiones, de cursos de aguas, etc.) o artificial (riego agrícola). A partir del agua que se infiltra al terreno, se producen tres fenómenos distintos: a. retención como humedad del suelo y posterior uso por parte de las plantas a través del fenómeno de evapotranspiración. b. alimentación de los acuíferos del subsuelo. c. constituir un flujo de escurrimiento subsuperficial que puede alimentar posteriormente al flujo o escurrimiento superficial.

Las maneras en las que se expresa la infiltración son las siguientes: o velocidad de infiltración (I). Es la relación que existe entre la lámina que se infiltra y el tiempo que tarda en hacerlo, en cm/h, mm/h, cm/min y en general [L/T]. o velocidad de infiltración básica (Ib). Es el dato que se tiene cuando la velocidad de infiltración se vuelve prácticamente constante [L/T]. o infiltración acumulada o lámina infiltrada (Z). Es la integración de la velocidad de infiltración, en unidades de lámina de riego (L).

3.1.1 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.

3.1.2 Factores que afectan la infiltración Hay dos grupos de factores que influyen en el proceso de infiltración: 3.1.2.1 Factores que definen las características del terreno o medio permeable

a. Cobertura del suelo Un suelo desnudo recibe el impacto directo de las gotas de lluvia, que provoca un mecanismo particular de desagregación y rotura de las fracciones de mayor tamaño en otras más finas que luego tapan y bloquean los poros del suelo. Este sellado superficial recibe el nombre de “costras” y su efecto es notable en la disminución de la infiltración. Las condiciones texturales y estructurales condicionan este problema, pero si se aumenta la cobertura vegetal está ampliamente demostrado que se reducen los efectos de la compactación por lluvias. También aumenta la rugosidad del terreno, disminuyendo la velocidad de escurrimiento superficial y aumentando el tiempo de contacto con la superficie del terreno, todos aspectos favorables para el aumento de la infiltración. Finalmente, las raíces superficiales cuando mueren, generan macroporos y grietas vinculadas entre sí que facilitan la infiltración. Similar efecto producen algunos organismos que viven en el suelo (lombrices, etc.). b. Pendiente del terreno La pendiente influye en el tiempo de contacto entre el agua y la superficie del suelo. Cuando es abrupta, aumenta la velocidad y disminuye el tiempo de contacto. Para corregir este problema deben considerarse prácticas de cultivo (contorno, cobertura vegetal permanente, etc) y si no fuera suficiente recurrir a prácticas como terrazas de absorción y de drenaje, de acuerdo al régimen de lluvias. Este aspecto se menciona en el práctico correspondiente a erosión.

c. Textura La textura de un suelo influye directamente en la infiltración (tamaño de poros) e indirectamente a través de la estabilidad de sus agregados. Altas proporciones de limo y arena entre fina y muy fina generan agregados poco estables, con la consecuencia de su rotura y bloqueo de poros y grietas. Los suelos ligeros de textura gruesa generan poros de mayor tamaño que favorecen la entrada de agua al suelo. Por otro lado, alta proporción de poros pequeños (microporos) en suelos arcillosos, limita rápidamente la capacidad de infiltración. Cuando se analiza la relación entre la precipitación y la escorrentía superficial, se clasifican en “grupos hidrológicos” diferentes tipos de suelos en función de su textura. En ese caso, la clasificación es inversa que en infiltraciónsuelos ligeros menor escorrentía, suelos pesados, mayor- pero demuestra la importancia de la textura. Suelos expansivo y vérticos también limitan rápidamente la capacidad de infiltración. d. Estructura Los problemas de compactación superficial y subsuperficial (pisoteo de ganado o máquinas, pie de arado o de disco) disminuyen drásticamente la capacidad de infiltración. La pérdida de materia orgánica en el horizonte superficial, por laboreos excesivos u otras prácticas culturales, conduce a una menor agregación o estabilidad de agregados, aumento de microporos y finalmente una menor capacidad de infiltración. En síntesis, todos los problemas asociados a la degradación del suelo y pérdida de su estructura, repercuten negativamente en la infiltración. e. Profundidad del perfil La presencia de diferentes estratos u horizontes en un suelo, en función del desarrollo alcanzado, condicionan la infiltración. El horizonte superficial (A), sin degradar, tienen en general mayor capacidad de infiltración. El B, cuando existe, limita en mayor o menor medida la capacidad de infiltración, siendo los horizontes vérticos los más problemáticos. Con la presencia de horizontes fuertemente texturales, cuando se quiere determinar la infiltración con métodos de campo, rápidamente se limita la capacidad de infiltración y se supone que no permite el paso de agua hacia horizontes más profundos. Sin embargo, los diferentes acuíferos de la región central de Santa Fe (con mayoría de estos horizontes) son recargados por el excedente de las precipitaciones. f. Condiciones de humedad inicial La humedad inicial juega un importante papel en la infiltración. En un suelo inicialmente más seco al comienzo de una lluvia, se genera una fuerte capilaridad al humedecerse las capas superiores, que junta a la acción de la gravedad incrementa la intensidad de

la infiltración. Cuando el contenido hídrico de los horizontes superficiales alcanza a capacidad de campo, actúan solamente las fuerzas gravitatorias y la infiltración comienza a disminuir.

3.1.2.2 Factores que definen las características del fluido que se infiltra.

a. Intensidad de precipitación Las lluvias intensas tienen mayor proporción de gotas grandes, responsables de disgregar las partículas del suelo y provocar problemas de bloque de poros, como ya fue analizado. Por otra parte, una precipitación con alta intensidad supera rápidamente la velocidad de infiltración, provocando un menor aprovechamiento del total de agua caída. b. Propiedades del fluido La temperatura del agua modifica la viscosidad y tensión superficial, aspectos que son importantes en la infiltración. A mayor temperatura, menor viscosidad y menor resistencia a la fricción, por ende aumenta la infiltración. c. Problemas asociados con el riego Un aspecto particular a mencionar, que luego se verá en detalle en el práctico de Calidad de Aguas para riego, lo constituye la influencia del riego suplementario con aguas bicarbonatadas-sódicas, alternado con precipitaciones sobre las propiedades del suelo que alteran la infiltración. En términos generales, el sodio se incorpora en el complejo de intercambio provocando la dispersión de los coloides orgánicos e inorgánicos, lo cual disgrega las partículas del suelo, aumentando los microporos. Además, aquellas son trasladadas por el movimiento descendente del agua y producen el bloqueo de los poros. El incremento de la salinidad de la solución del suelo mejora la estabilidad de los agregados y mantiene floculados los coloides, pero las precipitaciones diluye la solución y sobreviene la dispersión.  El uso de aguas con partículas en suspensión (aguas turbias), amén de los problemas que ocasiona en los componentes mecánicos del sistema, sella paulatinamente los poros y por ende disminuye la infiltración. Este proceso está en función de la cantidad de y tipo de sedimentos aportados por el agua.

3.1.3 Obtención de datos de campo para determinar la velocidad de infiltración Existen dos métodos para determinar la velocidad de infiltración en campo, dependiendo si el riego es por melgas o surcos. 3.1.3.1 Método de entradas y salidas Se prefiere este método cuando el riego se programa realizarlo por surcos, ya que la prueba se realiza con agua en movimiento dentro de un surco. Para conocer la descripción completa de los dos métodos se remite al libro de Aguilera y Martínez (1996). 3.1.3.2 Método del doble cilindro Es utilizado cuando el riego es por melgas, ya que trata de simular el tirante que se queda en la melga antes de entrar al suelo; con algunos ajustes, este método se puede utilizar para riego por aspersión. El método más ampliamente usado para determinar la infiltración de un suelo es el del cilindro infiltrómetro, el cual es adecuado para métodos de riego que permiten mojar directamente una gran superficie de suelo (bordes, regueros en contorno, aspersión). El flujo radial es minimizado por medio de un área tampón alrededor del cilindro central. El movimiento del agua es en dirección vertical hasta que pasa a la parte inferior de la orilla del cilindro, desde donde puede producirse un flujo bidimensional, gobernado por el potencial matricial del suelo. La limitación más seria para el uso de cilindros infiltrómetros es que su emplazamiento en el suelo provoca un cierto grado de alteración de sus condiciones naturales (destrucción de la estructura o compactación produciendo cierta variación en la cantidad de agua que penetra en el suelo. Además, la interfase entre el suelo y el lado del cilindro metálico puede causar una entrada anormal de agua, resultando un mayor volumen de agua que se infiltra en un tiempo dado. Otra de las limitaciones que presenta el uso de cilindros es el problema del aire atrapado al interior de la columna de suelo. La incapacidad del aire para escapar desde el suelo bajo condiciones de flujo saturado, generalmente crea un cojín interno de aire que resulta en un impedimento para el movimiento vertical del agua, resultando velocidades de infiltración menores. 3.2

Permeabilidad

Es importante hacer notar que no es conveniente medir la velocidad de infiltración en suelos alterados, como sería un terreno arado por ejemplo.

Cualitativamente la permeabilidad del suelo se refiere a la facilidad con que éste conduce o transmite los fluidos (aire o agua). En su forma cuantitativa, se define la permeabilidad como la propiedad del medio poroso que es independiente del fluido usado para medirlas y por consiguiente de la viscosidad del mismo. La permeabilidad se ve afectada por presencia de capas endurecidas, cambios texturales, presencia de materia orgánica, actividad microbiológica, paso de arado, etc. La labranza continua y con un uso excesivo de maquinaria se reduce la permeabilidad, mientras que el uso de la labranza de conservación, con la utilización de técnicas de aprovechamiento de agua, incorporación de residuos vegetales, estiércoles y otras técnicas, la permeabilidad se ve incrementada y la retención de agua se ve mejorada, por consiguiente habrá un mayor uso racional del agua y de los recursos relacionados con la agricultura. 3.3

Percolación.

Según Ortiz y Ortiz (1988), al movimiento del agua a través de una columna de suelo se llama percolación. Ellos mencionan que los estudios de percolación son importantes por dos razones. Las aguas que percolan son la única fuente del agua de manantiales y pozos. Las aguas percolantes arrastran nutrientes de las plantas que se sitúan fuera del alcance de las raíces. Las pérdidas por lavado son proporcionales a las cantidades de agua que pasan a través del suelo. Los nutrientes de las plantas se pierden en cantidades mayores cuando ningún cultivo en desarrollo absorbe los nutrientes. Se ha estimado que la proporción relativa de la pérdida de nutrientes del suelo por efecto del lavado se da en el siguiente orden: Ca → Mg → S → K → N → P Esta pérdida se efectúa sin considerar el uso y manejo que se le proporcione al suelo. Es obvio que utilizando prácticas agrícolas de conservación, habrá una mayor retención de agua y nutrientes.

4 MATERIALES En general los materiales usados en la determinación de la infiltración con este método son:  Cámara  Cilindro infiltrómetro,  Regla graduada en cm y mm,  Cronómetro,

    

Hoja de registro. Balde, Tinajas Pala, Machete

5 METODOLOGÍA a. Para la prueba de infiltración se utilizó el método de infiltrometro de doble cilindro. El método se instaló en el terreno ubicado a un costado de la bodega de Wayab’ el cual se determinó los datos de la infiltración in situ con sus características particulares y previamente se limpió de hierbas, desechos, piedras, etc., dos cilindros concéntricos de acero, huecos en el centro, con medidas aproximadas de 40 cm de alto, de 30 y 45 cm de diámetro respectivamente, según se muestra en la figura siguiente:

b. Se procedió a instalar el cilindro previamente se limpió con una pala la vegetación de la superficie y con machete en el lugar donde se instaló teniendo la precaución de no alterar la estructura del suelo. A continuación, con golpes suaves sobre el trozo de madera, puesto sobre el cilindro, se introdujo el cilindro hasta una profundidad aproximada de 10 cm. c. Una vez instalado el equipo se ubicó en el interior del cilindro nylon para impedir el paso del agua hasta tener controlado el tiempo y con la ayuda de un balde se vacío agua en su interior. El nylon impide que el agua golpeé directamente la superficie del suelo, produciendo alteraciones y variando los valores de velocidad de infiltración. d. Simultáneamente, se vació agua en el cilindro exterior que actúan como área tampón.

e. Una vez retirado el nylon del interior del cilindro, se procedió a tomar la primera lectura. Para tal objeto, se ubicó una regla en la pared del cilindro, tomando los intervalos de tiempo periódico, y se procedió a anotar las lecturas de agua observadas en la regla. f. Para el cálculo en gabinete se realizó según la aplicación de la ecuación de Kostiakov-Lewis

g. Método de regresión lineal simple:

6 RESULTADOS Y DISCUSIÓN INTERVALO ENTRE LECTURAS (min)

TIEMPO ACUMULADO (min)

1 1 2 2

1 2 4 6 7 8 9 11 13 14 15 17 19 21 22 24 26 30 32 33 36 39 41 44 50 53 56 61 65 69 73 77 80 85 89 92

1 1 2 2 1 2 2 2 2 2 4 2 3 3 2 3 3 3 5 4 4 4 5 4 3

LECTURA (cm) 15 11.5 9.3 4.8 0.9 15 13.2 9.3 5.8 1.7 15 11.4 7 4 0.6 15 13.3 10.3 4.3 1.6 15 10.3 6.4 2.5 0.3 15 9.9 6.1 1.1 15 10.3 5.7 1.5 15 9.7 5.2 1.7

DIFERENCIA ENTRE LECTURAS

INFILTRACIÓN CALCULADA (cm/hr)

3.5 2.2 4.5 3.9

210.00 132 135 117

1.8 3.9 3.5 4.1

108 234 105 123

3.6 4.4 3 3.4

216 132 90 102

1.7 3 6 2.7

51 90 90 81

4.7 3.9 3.9 2.2

94 78 117 44

5.1 3.8 5

102 76 60

4.7 4.6 4.2

70.5 69 63

5.3 4.5 3.5

63.6 67.5 70 2990.6

TIEMPO ACUMULA DO (min) t 1 2 4 6 7 8 9 11 13 14 15 17 19 21 22 24 26 30 32 33 36 39 41 44 50 53 56 61 65 69 73 77 80 85 89 92

INFILTRACIÓ N CALCULADA (cm/hr) I

log t X¡

log I y¡

X¡ ²

Y¡²

X¡ Y¡

0 0.638356361 1.28258873 1.609361414 0 1.836364633 2.260806485 2.104851751 2.328035906 0 2.745530651 2.609257906 2.498994646 2.655809903 0 2.356807553 2.765201066 2.886653148 2.872556185 0 3.070783813 3.010444755 3.335536771 2.7009367 0 3.463380808 3.288015803 3.174586478 0 3.398540877 3.426369547 3.394439258 0 3.479624291 3.566026494 3.623381071 76.38324301

210.00 132.00 135.00 117.00

0 0.30103 0.60205999 0.77815125

2.32221929 2.12057393 2.13033377 2.06818586

0 0.09061906 0.36247623 0.60551937

5.39270245 4.4968338 4.53832197 4.27739276

108.00 234.00 105.00 123.00

0.90308999 0.95424251 1.04139269 1.11394335

2.03342376 2.36921586 2.0211893 2.08990511

0.81557152 0.91057877 1.08449872 1.24086979

4.13481217 5.61318378 4.08520618 4.36770337

216.00 132.00 90.00 102.00

1.17609126 1.23044892 1.2787536 1.32221929

2.33445375 2.12057393 1.95424251 2.00860017

1.38319065 1.51400455 1.63521077 1.74826386

5.44967432 4.4968338 3.81906379 4.03447465

51.00 90.00 90.00 81.00

1.38021124 1.41497335 1.47712125 1.50514998

1.70757018 1.95424251 1.95424251 1.90848502

1.90498307 2.00214958 2.1818872 2.26547646

2.91579591 3.81906379 3.81906379 3.64231507

94.00 78.00 117.00 44.00

1.5563025 1.59106461 1.61278386 1.64345268

1.97312785 1.8920946 2.06818586 1.64345268

2.42207747 2.53148658 2.60107177 2.7009367

3.89323353 3.58002199 4.27739276 2.7009367

102.00 76.00 60.00

1.72427587 1.74818803 1.78532984

2.00860017 1.88081359 1.77815125

2.97312727 3.05616138 3.18740262

4.03447465 3.53745977 3.16182187

70.50 69.00 63.00

1.83884909 1.86332286 1.88649073

1.84818912 1.83884909 1.79934055

3.38136598 3.47197208 3.55884726

3.41580301 3.38136598 3.23762641

63.60 67.50 70.00 2990.6

1.92941893 1.94939001 1.96378783 39.5715355

1.80345712 1.82930377 1.84509804 57.3061212

3.72265739 3.8001214 3.85646263 61.0089901

3.25245757 3.34635229 3.40438678 114.125775

Ymed

1.97607314

x med

1.36453571

K N

b1

0.25854954

b0

2.32887323

R r²

Anti log b0 213.2422 b1 0.25854954 -0.7279 -0.5298

MODELO OBTENIDO DE KOSTIAKOV- Bo=ymed-(b1*xm) LEWIS (213.2422) t ^ I 0.25854954

Con los datos obtenidos en campos se procedió a realizar los análisis correspondientes, obteniendo un modelo de Kostiakov-Lewis de: (213.2422) t ^ -0.25854954

TIEMPO INFILTRACIÓN CALCULADA (min) (cm/hr) 1 213.2422 2 178.2551 4 149.0084 250.0000 6 134.1784 8 124.5603 200.0000 9 120.8243 11 114.7154 150.0000 13 109.8661 15 105.8755 100.0000 17 102.5041 19 99.5983 50.0000 21 97.0541 24 93.7606 0.0000 26 91.8401 0 20 40 60 80 100 30 88.5043 TIEMPO( min) 32 87.0397 36 84.4290 39 82.6997 41 81.6373 44 80.1603 Graficando la infiltración calculada nos podemos dar cuenta 53 76.3946 que el suelo donde se hizo la practica en infiltración tiene una 56 75.3147 infiltración básica de 66.24 cms/hora 61 73.6677 69 71.3575 73 70.3253 77 69.3620 85 67.6118 89 66.8127 92 66.2425 infiltracion calculada )cm/h)

infiltracion calculada

TIEMPO( min) INFILTRACION OBSERVADA (cm/hr)

210.00 132.00 135.00 117.00 108.00 234.00 105.00 123.00 216.00 132.00 90.00 102.00 51.00 90.00 90.00 81.00 94.00 78.00 117.00 44.00 102.00 76.00 60.00 70.50 69.00 63.00 63.60 67.50 70.00

INFILTRACION OBSERVADA INFILTACION OBSERVADA cm/h

1 2 4 6 8 9 11 13 15 17 19 21 24 26 30 32 36 39 41 44 53 56 61 69 73 77 85 89 92

250.00 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00 0

20

40

60

80

TIEMPO min

Con los datos de campo se obtuvieron estos resultados donde de la infiltración observada es fluctuante por lo que se generó un modelo para crear la tendencia de la infiltración en campo.

100

7 CONCLUSIONES 

Se ejecutó el método de doble cilindro en una zona pastizal del municipio de Jacaltenango.



De acuerdo a los análisis realizados de obtuvo que el área de estudio tiene una infiltración básica de 66.25 cms/hora

8 RECOMENDACIONES 

Al momento de establecer el método de doble cilindro en campo hay que identificar un espacio plano y limpio o en su defecto realizar la limpieza correspondiente.



Es importante generar estudios sobre la infiltración de los suelos ya que nos dan la pauta a la toma de decisiones al momento de ejecutar una actividad de trascendencia que tenga que ver con el suelo.

9 BIBLIOGRAFÍA 1) FERNÁNDEZ PC, LUQUE JA, PAOLONI JD. 1 971. Análisis de la Infiltración y su aplicación para diseño de riego en el valle inferior del Río Colorado. Publicación Nº 130 INTA. pp 29. 2) Custodio, E. y Llamas M. R. 1983 Hidrología Subterránea Tomo I. Ediciones Omega, Barcelona, España. 1157 p. 3) De Santa Olalla Mañas (editor) 1993. Agronomía del Riego. Ed. MundiPrensa, Madrid (biblioteca). 4) Fernández, P.; Luque, J. y Paolini, J. 1971. Análisis de la infiltración y su aplicación para diseño se riego en el Valle Inferior del Río Colorado. Revista Investigaciones Agropecuarias INTA Serie Clima y Suelo. Volumen VIII (1):4-29 5) Forsythe, W. 1975. Manual de laboratorio de Física de Suelos. IICA serie Libros y Materiales Educativos Nº 25, San José, Costa Rica. 212 p. 6) González, J.M y Jubillar, E.P. Riego por superficie I y II. Material inédito, Centro Nacional de Tecnología de Regadíos (CENTER), IRYDA, España 7) Grassi C, 1987. Diseño y Operación del Riego por superficie. Ed. CIDIAT Venezuela. 415 p 8) Villafañe R. 1998. Diseño agronómico del riego. Fundación Polar. MaracayVenezela, 147 p.

10 ANEXOS: Anexo 1: Identificación y limpia del área a trabajar.

Anexo: 2: Establecimiento de los 2 cilindros

Anexo 3: Recolección de líquido y colocación de Naylo.

Anexo 3: Meto de doble cilindro, funcionando

Anexo 4: Medición con intervalos de tiempo.

Anexo 5: Toma de datos.

Anexo 6: disminución de liquido

Anexo 7: integrantes del Grupo.