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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERÍA AGRÍCOLA Escuela Profesional de Ingeniería Agrícola

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGRICOLA TRABAJO ENCARGADO DE DISEÑO DE SISTEMAS DE RIEGO II “PRUEBA DE INFILTRACION” CURSO: DISEÑO DE SISTEMAS DE RIEGO II ESTUDIANTE:  MAMANI CATACORA, Dina

ING. TEOFILO CHIRINOS ORTIZ SEMESTRE: IX PUNO - PERÚ ABRIL DE 2019

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INDICE: I-

INTRODUCCION: ....................................................................................................................... 3

II-

OBJETIVOS ................................................................................................................................ 3 2.1 Objetivo generales ................................................................................................................... 3 2.2 objetivos específicos ............................................................................................................... 4

III- UBICACIÓN ................................................................................................................................... 4 IV- FUNDAMENTO TEORICO ......................................................................................................... 4 4.1. infiltración ................................................................................................................................. 4 4.1.1 Infiltración instantánea (Ii) ............................................................................................... 5 4.1.3 Velocidad de infiltración básica (ib): .............................................................................. 6 4.1.4 Velocidad de infiltración promedio (Ip) .......................................................................... 6 4.2 Factores que afectan a la capacidad de infiltración ........................................................... 7 4.2.1 Características del terreno o medio permeable ........................................................... 7 4.2.2 Características del fluido que se infiltra ........................................................................ 7 4.3 Diferentes estados del agua en el suelo .............................................................................. 8 4.3.1 Formas de agua en el suelo: .......................................................................................... 8 4.4 Métodos para determinar la infiltración ................................................................................ 8 4.4.1 Infiltrómetros:.................................................................................................................... 9 4.4.2 Análisis de hidrogramas de escorrentía ........................................................................ 9 4.5. cilindro infiltrometro doble. .................................................................................................. 10 4.6 Modelos de estimación de precipitación en exceso ......................................................... 11 4.6.1 Índices de Infiltración ..................................................................................................... 11 4.6.2 Método del Número de Curva del SCS ....................................................................... 12 4.7 importancia de la velocidad de infiltración para el diseño de sistemas de riego Velocidad de infiltración básica- Vi. ........................................................................................... 14 V- DESCRIPCION DEL PROCESO DE INFILTRACION........................................................... 17 VI- MATERIALES ............................................................................................................................. 18 VII- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL .................................................................................... 19 VIII- CALCULOS RESULTADOS................................................................................................... 22 IX- RECOMENDACIONES ............................................................................................................. 23 X- CONCLUCIONES ....................................................................................................................... 23 ANEXOS ............................................................................................................................................ 24

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IINTRODUCCION: El presente informe nos brinda información obtenida en base a una prueba de infiltración que se realizó en el campus de la universidad nacional del altiplano, como concepto sabemos que la infiltración viene a ser el movimiento del agua de la superficie hacia el interior del suelo. 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. Para determinar la capacidad de infiltración y la velocidad que puede tener un determinado suelo existen métodos como el realizado en esta práctica, que es utilizando cilindros infiltrometros de doble anillo. Estos cilindros tienen las ventajas que son muy portátiles y requieren poca agua para su funcionamiento. La importancia radica en tener la capacidad de determinar la cantidad de agua que entra en el suelo por las precipitaciones, y con ello su humedad a lo largo del año, para determinar si el suelo donde se realiza la práctica de infiltración es apto o no para un proyecto que se quiera efectuar. El propósito principal del riego es el de restituir agua a la zona de raíces mediante diversos métodos de riego, mediante los que se aplica el agua a la superficie del terreno para que penetre en él y quede disponible para las plantas. En estas condiciones, la velocidad con que el agua penetra en el suelo, denominada velocidad de infiltración, reviste gran importancia, particularmente por la variación de las características de suelo tanto temporal como espacial, durante el proceso dinámico que se produce por la interacción de la fase líquida del agua con la sólida de las partículas de suelo. La velocidad de infiltración es un parámetro que debe ser estudiado y determinado con detención, pues tiene un rol primordial en el manejo del agua a nivel predial. IIOBJETIVOS Nosotros como estudiantes de ingeniería agrícola debemos de tener el conocimiento de lo que es recursos hídricos, esta práctica nos permite determinar el comportamiento del agua dentro de este proceso de lo que es la infiltración con respecto al tipo de suelo, además nos permite aprender cómo se realiza este ensayo que es muy práctico, útil y efectivo. 2.1 Objetivo generales El objetivo del siguiente trabajo, es el conocimiento de la calidad del suelo frente al manejo del agua, guiándonos de las ecuaciones que describen las curvas de infiltración del agua en el suelo. Con los resultados que obtendremos nos permitirá definir la calidad de los suelos mediante la valoración conjunta de las constantes “a” y “b” que definen las curvas de infiltración, igualmente, permite explorar los resultados obtenidos a otros suelos.

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2.2 objetivos específicos - Determinar la infiltración de un suelo mediante el ensayo en campo: Método de los cilindros infiltrometro de doble anillo. - Comprender el proceso de infiltración del agua a través del suelo, métodos de campo para determinar la capacidad de infiltración. - Aplicar modelos teóricos para hallar la infiltración, desde datos de campo. III- UBICACIÓN La primera prueba se realizó dentro de la ciudad universitaria, facultad de ingeniería agrícola

latitud

longitud

altitud

15°49'25.03"S

70° 1'6.90"O

3838 msnm

IV- FUNDAMENTO TEORICO 4.1. infiltración Infiltración 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 o alcanza un nivel acuífero incrementando el volumen acumulado anteriormente. Superada por la capacidad de campo del suelo, el agua desciende por la acción conjunta de las fuerzas capilares y de la gravedad. Esta parte del proceso recibe distintas denominaciones: percolación, infiltración eficaz, infiltración profunda, etc. El agua precipitada sobre la superficie de la Tierra, queda detenida, escurre por ella, o bien penetra hacia el interior. De esta última fracción se dice que se ha filtrado. El interés económico del fenómeno, es evidente si se considera que la mayor parte de los vegetales utilizan para su desarrollo agua infiltrada y que el agua subterránea de una región tiene como presupuesto previo para su existencia, que se haya producido infiltración.

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4.1.1 Infiltración instantánea (Ii) El método consiste en saturar una porción de suelo limitada por dos anillos concéntricos para a continuación medir la variación del nivel del agua en el cilindro interior. ... La tasa o velocidad de infiltración es la velocidad con la que el agua penetra en el suelo a través de su superficie. La velocidad de infiltración puede definirse como la capacidad de admisión de agua de un terreno desde la superficie al interior del mismo. En otros términos, es la relación entre la lámina de agua infiltrada y el tiempo que tarda en infiltrarse esa lámina. Comúnmente suele expresarse en cm/h ó mm/min. Si, a su vez, se grafica este modelo potencial, se obtendrá la curva representativa de la velocidad de infiltración. La velocidad de infiltración instantánea es el valor puntual obtenido en un tiempo determinado, cuando se introduce este último en la curva representativa.

Donde: I = Velocidad de infiltración, expresada en mm/hora, cm/hora, etc. t = Tiempo de oportunidad (tiempo de contacto del agua con el suelo) expresado en minutos u horas a = Coeficiente que representa la velocidad de infiltración para el intervalo inicial de tiempo b = Exponente adimensional que varía de acuerdo a las características del suelo entre 0 y -1 4.1.2 Infiltración acumulada (Ia) O también llamada lámina infiltrada acumulada. Considera la sumatoria de los valores puntuales de infiltración obtenidos de la curva de velocidad de infiltración instantánea. La ecuación de la infiltración acumulada, se obtiene determinando el área formada entre dicha curva y los ejes, es decir integrando su ecuación entre los valores límites: y el Tfinal. Tinicial=0

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4.1.3 Velocidad de infiltración básica (ib): Inicialmente, al aplicar agua, el valor de infiltración es alto y, a medida que se incrementa el contenido de agua en el suelo, disminuye paulatinamente hasta llegar a un valor constante denominado velocidad de infiltración básica. Ésta es definida por el SCS del Departamento de Agricultura de los EUA, “como la velocidad de la infiltración del agua en el suelo, en el momento en que la variación de ésta con respecto al tiempo, es muy lenta y constante”. Generalmente, esta condición de la infiltración se consigue cuando el suelo ha alcanzado su capacidad de campo. Gráficamente, se puede observar la velocidad de infiltración básica cuando la curva de la velocidad de infiltración se vuelve asintótica con respecto a la horizontal. La velocidad de infiltración básica, depende fuertemente de la textura del suelo, así el tiempo para alcanzar esta velocidad y su valor dependerá de la textura, Esta velocidad tiene aplicación directa en el diseño y cálculos del riego por aspersión y el riego superficial. 4.1.4 Velocidad de infiltración promedio (Ip) 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. Si los poros del suelo en las camadas superiores del mismo ya se encuentran saturadas, la infiltración se hará en función de la permeabilidad de los estratos inferiores. Una precipitación intensa podrá provocar la colmatación de los poros superficiales, con partículas finas del suelo, reduciendo la infiltración. 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

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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. 4.2 Factores que afectan a la capacidad de infiltración 4.2.1 Características del terreno o medio permeable Uno de los factores que afectan la infiltración es el que depende de las características del medio permeable, en el cual esta afectado por las condiciones de la superficie y las características del terreno; dentro de las condiciones de las superficies podemos tener la disgregación y arrastre de materiales finos por el agua y la compactación de la superficie por medio de las gotas de agua las cuales hacen a un suelo tener baja capacidad de infiltración. Las características de la vegetación y de los cultivos frenan el recorrido del agua con lo cual el agua tiene mas tiempo para infiltrarse, la característica de la pendiente también influye al aumentar o disminuir el tiempo para infiltrarse, las características de la pendiente también influyen al aumentar o disminuir el tiempo de permanencia del escurrimiento sobre la superficie. Dentro de las características del terreno a la textura y la construcción. Por el tipo de textura se puede tener idea de la cantidad de poros que serán rellenado y a las estructuras a la distribución de estos poros, de las condiciones ambientales podemos citar la que mas afecta a la zona de estudios que es cuando el suelo seco al comienzo de la lluvia, típico de zonas áridas, se crea una fuerte capilaridad al humedecerse las capas superiores que aunado al efecto de la gravedad, aumenta la velocidad de infiltración, si en la zona en que sucede esta hay arcillas y coloides, estas pueden rellenar las grietas reduciendo la infiltración. 4.2.2 Características del fluido que se infiltra. Otro de los factores que factores que afecta esta en las características del agua en el momento de infiltrarse, ya sea por su turbidez debido a los materiales finos que contiene en la suspensión y el contenido de los sales que favorece la formación de floculos. También la temperatura que influye en la viscosidad del agua, haciendo que en verano existan mayores velocidades de infiltración que en invierno. Características de los gradientes de presión y gravitacional del suelo El ultimo de los factores que afectan la infiltración esta gobernado por la ley de Darcy en medios porosos saturados y no saturados. Dentro del gradiente de presión podemos citar a la presión en la superficie del suelo determinada por la carga hidrostática y a la presión barométrica. También la presión en el frente húmedo que es producido por el contenido de humedad, la tensión superficial, el ángulo de contacto y la presión del aire confinado. Con respecto al gradiente gravitacional este

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es afectado por la profundidad al frente húmedo condicionado a las características del volumen infiltrado. Estados del agua en el suelo El agua en el suelo, se encuentra en diferentes estados, los cuales estarán en base a la tensión con la que el suelo las tiene retenidas y de acuerdo a como las plantas la puedan utilizar. 4.3 Diferentes estados del agua en el suelo 4.3.1 Formas de agua en el suelo: a) Agua higroscópica: Es el agua absorbida por el suelo a expensas por la humedad atmosférica; forma una delgada película alrededor de las partículas del suelo, esta energéticamente retenida por estas y no es susceptible de ningún movimiento; no es absorbible de ningún movimiento, no es absorbible por las raíces. Retenida a una tensión superior a 31bar y se ubica recubriendo las partículas de suelos, formando una pequeña película alrededor de las mismas. b) Agua capilar no absorbible: Llena los espacios capilares mas finos del suelo. Circula difícilmente en el suelo y es retenida demasiado energéticamente para poder ser absorbida por las plantas. Se encuentra retenida a una tensión entre los 31 y 15 bar y se ubica en los micro poros cercanos a 0.2 micras. c) agua capilar absorbible: es el agua retenida por el suelo, que en agua de las plantas, durante la estación seca. Es suceptibles de moverse por capilaridad. d) Agua de gravitación: Corresponde al agua que llena momentáneamente despues de periodos de lluvia o riego- los poros mayoresa 10 micras de suelo. Se encuentra retenida a una tension menor de 0,3 bar. Obedece a la gravedad y fluye tanto mas rápidamente cuanto mayor es el volumen de los poros(porosidad no capilar). Puede suceder que el drenaje normal no tenga lugar y que el agua de gravitación no puede infiltrarse; entonces todos los poros del suelo están llenos de agua: estado de saturación. 4.4 Métodos para determinar la infiltración Todos los métodos disponibles para determinar la capacidad de infiltración en una cuenca están basados en el criterio expuesto cuando se analizó el infiltrómetro simulador de lluvia, o sea en la relación entre lo que llueve y lo que escurre. En la práctica resulta complicado analizar detalladamente el fenómeno y sólo es posible hacerlo, con ciertas limitaciones, para cuencas pequeñas donde ocurren tormentas sucesivas

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4.4.1 Infiltrómetros: El infiltrómetro es un dispositivo que permite medir la capacidad de infiltración de los suelos. Existen diversos tipos de infiltrómetros, entre los que se pueden mencionar: 

 

Infiltrómetro de cilindro o de inundación-. estos a su vez pueden ser de cilindro simple o de doble cilindro. Este procedimiento es aplicado muy frecuentemente, en cualquiera de sus modalidades. El uso del doble cilindro da una mejor evaluación, ya que en este procedimiento se limita la influencia del contorno, obteniéndose una mejor precisión en la determinación de la tasa de infiltración vertical. Cualquiera de estos dos tipos se le puede adaptar un dispositivo que mantenga el nivel del agua constante en el único cilindro, para el caso del infiltrómetro de un cilindro, y en el cilindro interior, si se trata de un infiltrómetro de doble cilindro. Infiltrómetro de disco También se puede determinar la capacidad de infiltración con un simulador de lluvia. Este procedimiento consiste en aplicar sobre el suelo una cantidad conocida de agua. La tasa de infiltración se obtiene mediante la resta de la cantidad de agua aplicada el volumen de agua que escurre superficialmente.

4.4.2 Análisis de hidrogramas de escorrentía El hidrograma es un gráfico que muestra la variación en el tiempo de alguna información hidrológica tal como: nivel de agua, caudal, carga de sedimentos, entre otros. para un río, arroyo, rambla o canal, si bien típicamente representa el caudal frente al tiempo; esto es equivalente a decir que es el gráfico de la descarga (L3/T) de un flujo en función del tiempo. Estos pueden ser hidrogramas de tormenta e hidrogramas anuales, los que a su vez se dividen en perennes y en intermitentes. Hidrograma de tormenta debido a la lluvia recibida en la cuenca. Permite observar: 

las variaciones en la descarga a través de una tormenta, o a través del año hidrológico:



el pico de escorrentía (caudal máximo de la avenida);



el flujo de base o aporte de las aguas subterráneas al flujo; o,



las variaciones estacionales de los caudales si se grafica un período de uno o varios años.

Un mm de precipitación significa que en una superficie de un m² ha caído un litro de agua de lluvia (1L/m²).

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Los hidrogramas son útiles, entre otras cosas, para comparar los tiempos de descarga y caudales pico de varias corrientes o cuencas hidrográficas, para así conocer las diferencias entre sus capacidades de respuesta ante avenidas. Hidrograma Unitario: Curva básica de respuesta a una unidad de precipitación que describe la forma en que una cuenca devuelve un ingreso de lluvia distribuido en el tiempo. Se basa en el principio de que dicha relación entrada-salida es lineal, es decir, que pueden sumarse linealmente. Se construye con base en un "Hidrograma en S" que a su vez se construye desglosando varias tormentas y sus hidrogramas reales producidos. Hidrograma Sintético: Hidrógrama unitario estimado de acuerdo con fórmulas que incluyen parámetros físicos de la cuenca en estudio como área, longitud del cauce principal, pendiente promedio y otros. Son los hidrogramas sintéticos más conocidos: el Triangular del USDA, el de Schneider, el de Clark. En algunos casos es necesario determinar el volumen total del escurrimiento superficial generado por una lluvia en un tiempo determinado. Sin embargo, es más frecuente el caso en que se requiere conocer el caudal máximo instantáneo de una determinada avenida. Otras veces se requiere un conocimiento completo del hidrograma, es decir la variación en el tiempo del caudal en una determinada sección en la cual se pretende construir una obra hidráulica o proteger un bien existente.

fig. Hidrograma de tormenta debido a la lluvia recibida en la cuenca 4.5. cilindro infiltrometro doble. Los anillos utilizados pueden ser de hierro o de acero. Sin embargo, si tenemos en consideración la elevada pedregosidad de los suelos mediterráneos, en la mayoría de las ocasiones no será aconsejable utilizar los cilindros de acero. Aunque si lo piensas un poco seguro que encuentras algunas condiciones (tipo de suelo, técnica de manejo, cubierta vegetal,) en la que puedes dejar los anillos de hierro en casa. Los cilindros de hierro (que pesan bastante más y son muy incómodos de llevar hasta

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lugares muy alejados del coche) son más difíciles de encontrar. Lo más normal es encargarlos a algún herrero de confianza, mientras que los equipamientos convencionales proporcionados por la mayoría de las casas comerciales son de acero y constan de tres juegos de anillos de diferentes diámetros. En el modelo de mayor aceptación el equipo consta de tres juegos de 2 anillos cada uno de ellos. Los diámetros de los anillos pequeños son 28, 30 y 32 cm. y los diámetros correspondientes a los anillos externos son 53, 55 y 57 cm.

4.6 Modelos de estimación de precipitación en exceso 4.6.1 Índices de Infiltración Los índices de infiltración generalmente asumen que la infiltración es constante a lo largo de una tormenta. Consecuentemente, las tasas iniciales son subestimadas mientras que las finales suelen ser exageradas si se considera una tormenta con bajos niveles de humedad antecedente en el suelo. La mejor forma de aplicarlos es en crecidas de cierta duración en suelos húmedos donde la infiltración puede ser relativamente uniforme. El índice más común es el índice phi (Φ) para el que se estima el volumen total de pérdida para una tormenta y éste, a su vez, se distribuye uniformemente a lo largo del patrón de tormenta (figura 4.13). Por lo que el volumen de precipitación que queda por encima de la línea del índice Φ es equivalente a la escorrentía.

Figura 4.13. Diagrama esquemático de los índices

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Una variante es el índice W, el cual excluye el almacenamiento superficial y la retención. Este índice se calcula a partir de la siguiente expresión:

Donde: tR= tiempo de duración de la lluvia, en horas. P= precipitación R= escorrentía superficial (aforos) + detención superficial (estimado) Si la lluvia es fuerte o la intensidad es uniforme: Φ= W. Para lluvias moderadas, con intensidad no uniforme: Φ> W. 4.6.2 Método del Número de Curva del SCS El Soil Conservation Service (SCS) ha desarrollado un procedimiento de número de curva ampliamente usado para la estimación de la infiltración. Los efectos del uso del suelo y tratamiento y, por tanto, infiltración, están contemplados en este procedimiento. Este procedimiento fue empíricamente desarrollado a partir de estudios en pequeñas cuencas agrícolas. El procedimiento SCS no fue diseñado para estimar directamente la infiltración, sino una estimación. En la figura 4.14 se representa la precipitación (P) versus a la escorrentía (Q), donde el número de curva (CN, curve number) es un número adimensional comprendido entre 0≤ CN≤ 100. Para calcular la escorrentía superficial se deben calcular todas las pérdidas o abstracciones teniendo en cuenta la ecuación representada en la figura 4.14, donde: 1. Q, caudal o escorrentía superficial 2. P, precipitación 3. Ia (Initial abstraction), pérdidas por intercepción, almacenamiento en depresiones e infiltración, antes de que se produzca la escorrentía. 4. S, sería la retención potencial máxima, o bien la cantidad máxima de lluvia que la cuenca puede retener. Es normal que a medida que aumenta la precipitación, la curva de la escorrentía también sea mayor. Esto se debe a la capacidad de absorción del terreno, la cual no es infinita, de manera que las primeras precipitaciones caídas son absorbidas íntegramente, mientras que a medida que la precipitación sigue aumentando dicha

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capacidad va disminuyendo hasta el momento en que ésta es igual a cero. A partir de ese momento la precipitación caída se disipa como escorrentía superficial. Se puede establecer la relación entre retención real (P – Ia – Q) y la retención potencial máxima (S), que es igual a la relación entre escorrentía real (Q) y la escorrentía potencial máxima (P-Ia):

A partir de los múltiples trabajos de campo realizados, se ha demostrado que las pérdidas por intercepción, almacenamiento en depresiones e infiltración (Ia), es de un 20% de la retención potencial máxima:

Así, la ecuación de escorrentía (Q) se expresaría como (figura 4.14):

Mismamente, para calcular el número de curva (CN) a partir del valor potencial de retención máxima (S) se puede aplicar la siguiente ecuación:

De la ecuación de arriba se deduce que para zonas pavimentadas S sería igual a 0 y CN=100, mientras que en las condiciones en que no se produce escorrentía superficial S se hace infinito y CN=0.

Figura 4.14. Número de curva del SCS (fuente: Viessman and Lewis, 2003) Para la obtención de un número de curva (CN) en una cuenca que tiene más de un uso del suelo, tratamiento, o tipo de suelo, se tiene que considerar el peso de cada

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curva en función de su área. Si, por ejemplo, el 80% de la cuenca tiene una CN de 75 y el restante 20% es impermeable (CN=100), entonces CN=0.80x75+0.20x100=80. El método SCS consiste en seleccionar una tormenta y calcular la escorrentía directa a partir de las curvas obtenidas de numerosos estudios de campo realizados en suelos con cubiertas diferentes. La selección de un número de curva (CN) de escorrentía depende de las condiciones de humedad antecedentes y del tipo de cubierta vegetal. Los suelos suelen ser clasificados como A; B, C, o D de acuerdo con los siguientes criterios (tabla 1): Grupo A- Son los que tienen bajas tasas de escorrentía debido a que tienen grandes tasas de infiltración. Suelen ser suelos con abundantes arenas bien drenadas, gravas o gravillas, sobre depresiones. Grupo B- Tienen una capacidad moderada de escorrentía, ya que, las tasas de infiltración también son moderadas. Estos suelos consisten principalmente en suelos moderadamente profundos, de moderadamente a bien drenados y suelos con texturas moderadamente finas o moderadamente gordas. Grupo C- Tiene un potencial moderadamente alto de escorrentía debido a que las tasas de infiltración son bastante bajas, es decir, la infiltración es lenta. Estos suelos consisten principalmente en suelos donde cerca de la superficie existe alguna capa que dificulte el movimiento del agua hacia abajo, o suelos con texturas finas. Grupo D- Son suelos con grandes tasas de escorrentía, porque la infiltración es muy lenta. Estos suelos son principalmente arcillosos con un gran potencial de hinchamiento, también pueden ser suelos con una lámina de agua permanente o con una capa de arcillas próxima a la superficie. Aquí entrarían los suelos poco profundos asentados sobre materiales impermeables. Por ello, es muy importante hacer un buen análisis de los tipos de suelo que hay. Además, hay que tener en cuenta los efectos de la urbanización sobre los suelos naturales (mayor impermeabilización). La maquinaría pesada también puede aplastar el suelo durante la construcción, provocando la mezcla del horizonte superficial y subsuperficial. 4.7 importancia de la velocidad de infiltración para el diseño de sistemas de riego Velocidad de infiltración básica- Vi. La infiltración es el movimiento del agua desde la superficie hacia las capas más profundas. Este parámetro condiciona el tiempo de riego y en el diseño del sistema.

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La velocidad de infiltración reviste capital importancia para el diseño de los sistemas de riego, ya que al suelo no se le puede aplicar una pluviometría superior a la de la velocidad de infiltración básica ya que se produciría un encharcamiento. La velocidad de infiltración depende de: 1. La lámina de agua empleada para el riego. 2. La textura y estructura del suelo. 3. El tiempo de infiltración. 4. El contenido inicial de agua en el suelo. 5. La conductividad hidráulica saturada K. 6. El estado de la superficie del suelo y la presencia de estratos de diferente textura. 7. De la profundidad de la capa freática. El concepto de VI es uno de los más importantes en el manejo del riego, ya que permite calcular durante que tiempo se debe aplicar el agua al suelo, como también seleccionar el método de riego, según la capacidad del suelo para facilitar el paso del agua; así por ejemplo, en suelos arenosos no es recomendable utilizar métos gravitacionales, pero sí métodos presurizados como la microaspersión. INFILTRACIÓN DEL AGUA. LÁMINA DE AGUA INFILTRADA El suelo es un medio poroso formado por partículas sólidas y por poros (que pueden contener agua, aire o ambos a la vez) de forma que cuando el agua está en contacto con él se desplaza de unos poros a otros en todas las direcciones. En el riego por superficie el agua discurre sobre el suelo cubriéndolo por completo o en parte, por lo que una mayor o menor infiltración depende de las características físicas del suelo y del tiempo que el agua está en contacto con él (tiempo de infiltración). Dicho de otra forma, el agua se infiltra en el suelo al ritmo que éste admita a diferencia del riego localizado o aspersión en que la infiltración también depende de la cantidad de agua que se esté aplicando. El riego se realiza normalmente cuando el suelo está bastante seco y la planta necesita agua. En estas condiciones, la infiltración es bastante rápida ya que los poros tienen poca cantidad de agua en su interior y el suelo es capaz de infiltrarla con facilidad. A medida que los poros se van llenando de agua, ésta se hace más lenta y si la infiltración prosigue durante un tiempo prolongado, el agua termina por infiltrarse a un ritmo muy lento que prácticamente no cambia, representado por la llamada infiltración básica.

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Figura 9. Curva que refleja la variación de la infiltración del agua en un suelo a medida que pasa el tiempo. Atendiendo a la textura de los suelos, los arenosos infiltran el agua rápidamente (Poros y partículas minerales más grandes) y tienen una mayor infiltración básica. Análogamente, los arcillosos (con poros y partículas extremadamente pequeños) infiltran muy lentamente incluso al comienzo y tienen una infiltración básica muy reducida, de ahí que suelan generar problemas de encharcamiento. También es diferente la forma en que el agua se infiltra según sea la textura del suelo, de manera que en un suelo arenoso el agua se mueve esencialmente hacia capas profundas, es decir, se produce un movimiento del agua vertical, motivo por el cual los suelos arenosos suelen generar filtración profunda cuando hay un exceso de agua. Por su parte, en los suelos arcillosos el agua se mueve también lateralmente mientras que el movimiento hacia capas más profundas está más limitado, lo que supone que en sistemas de riego por superficie con suelos arcillosos sean necesarios tiempos de infiltración relativamente elevados para conseguir aportar al suelo la altura de agua correspondiente a la lámina requerida, esto es, la lámina de agua que es necesario aplicar con el riego.

En una parcela de riego por superficie el agua se aplica normalmente en uno de sus extremos, por lo que unas zonas estarán cubiertas de agua más tiempo que otras y así la cantidad de agua infiltrada será distinta. Generalmente en cabecera se infiltra más agua que en cola, y el tiempo que debe durar el riego está en función de la cantidad de agua que requiera el cultivo y de la velocidad con que el suelo infiltra el agua. Si durante la ejecución de un riego se diera un corte al suelo, se podría observar la cantidad de agua infiltrada en cada punto de la parcela y cómo evoluciona el frente de humedecimiento. De la misma manera, si se mirara el perfil del suelo una

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vez concluido el riego se podría observar la “altura” de agua que se ha infiltrado a lo largo de la parcela, lo que se denomina como lámina de agua infiltrada. V- DESCRIPCION DEL PROCESO DE INFILTRACION La infiltración se define como el proceso por el cual el agua penetra por la superficie del suelo y llega hasta sus capas inferiores. 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). 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 (Oficina del Regante, 1985), a saber:

Ι = K x Tn -1 < n < 0 Donde: I = Velocidad de infiltración instantánea

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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 está 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.

VI- MATERIALES Los materiales que se utilizaron para realizar la prueba de infiltración son los siguientes:

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•

Un juego de cilindros infiltrometros de acero o fierro galvanizado de 2 mm de espesor de 30 y 40 cm de diámetro para los cilindros interior y exterior y unos 40 cm de alto.

•

Una plancha metálica o tablones de madera

•

Cronometro

•

Combo

•

plástico

•

Hoja de registro

•

Baldes

•

Pala y pico

•

Nivel

VII- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL INSTALACIÓN DE LOS CILINDROS •

Introducir el cilindro exterior en el lugar seleccionado, golpeando con una comba sobre una plancha metálica o madera que se halla colocada sobre el cilindro. El cilindro se debe introducir unos cuantos centímetros, luego se introduce el cilindro interior.

•

La introducción de los cilindros debe efectuarse verticalmente

•

Luego se extiende el plástico sobre la superficie de suelo del cilindro interior.

LLENADO DE LOS CILINDROS •

Una vez colocado el plástico en el cilindro interior se procede a su llenado con agua.

•

El agua debe ser colocado primero al cilindro exterior y luego inmediatamente al cilindro interior, siendo preferible que simultáneamente sea llenado los dos cilindros.

LECTURA DEL NIVEL DE AGUA •

Retirado el plástico del cilindro se procede a efectuar las lecturas del nivel de agua en el cilindro interior a intervalos de 1 a 5 min al inicio y luego cada 5,

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minutos hasta cumplir la prueba. Cuando en los cilindros se ha infiltrado la cantidad de minutos se debe tomar en cuenta la medida. •

La duración de la prueba para suelos franco arenoso es menor a dos horas y en suelos arcillosos es mayor.

•

La prueba está terminada cuando la infiltración se hace constante

UBICACIÓN DEL TERRENO UPT. Ubicado el terreno en el cual se llevó a cabo la práctica de infiltración, se ubica en el terreno dentro de la Universidad nacional del altiplano-puno. El ensayo se realizó el día miércoles 25 de abril de 2019. En primer lugar, lo que se hizo fue la ubicación del lugar en donde se llevarían a cabo las pruebas de infiltración ya que este debería contar con algunas características especiales como la poca humedad presente en este suelo para que de esta manera no dificulte el movimiento del agua en el suelo y así no afecte la muestra. Ver la foto.

Seguidamente se procedió a limpiar el sitio y luego a nivelar el terreno en donde se realizara la muestra de manera que el agua cuando baje lo haga uniformemente. Ver la foto

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Después de esto viene la colocada de los anillos de infiltración para tomar la muestra, como en nuestro caso eran 2 anillos. colocamos cada anillo a una distancia prudente para que los cambios ocurridos en alguno de los anillos no afectaran al otro.

Después de colocados los anillos hay que nivelarlos, esto se hace de una manera muy cuidadosa para que al moverlos no altere el suelo en donde se va a realizar el muestreo de infiltración y de esta manera no nos altere los resultados. Ver la foto.

Luego dentro de los anillos de infiltración hay que vaciar agua hasta que en el primero este casi lleno aproximadamente unos 8cm para alcanzar a tomar varios datos y el segundo debe quedar más o menos a la mitad de lo que se llenó el primer anillo.

Después de haberle vaciado agua a los anillos inmediatamente hay que empezar a tomar el tiempo con el cronometro y de ahí en adelante seguir registrándolo cada vez que el agua haya bajado 0.5cm según lo marcado en la regla hasta completar la cantidad de datos necesaria para la muestra. En caso en que la altura del agua después de haber infiltrado se encuentre muy baja, añadir el líquido hasta una nueva altura y midiendo dicha altura volver a realizar la medición después de un tiempo. Tomar los datos de las alturas mientras el agua infiltra en el suelo para posteriormente realizar los cálculos de la infiltración según los modelos estudiados.

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VIII- CALCULOS RESULTADOS Determinación de los parámetros del modelo de Infiltración acumulada e infiltración instantánea Método Analítico Con los datos de campo se procede a determinar los parámetros del modelo de infiltración haciendo uso de la técnica de los mínimos cuadrados. Si tenemos la función: Ia = CT a Calcular los parámetros a y c, primeramente, esta función se convierte en una función lineal de la siguiente forma: Log Ia = Log C + a logT Y = N + Ax Que corresponde a un modelo lineal típico donde

b

n X iYi   X i  Yi

  Y = log Ia, N = Log C, X = log T n X i2    X    Aplicando la técnica de los mínimos cuadrados se tiene: ab=

n X iYi   X i  Yi

N= N

2

  n X    X  C = Antilog N   C = antilog N 2 i

Y PRUEBA 1 X  N a i

I

nSuelo franco N

C = Antilog N

Ib = 654.69cm/ hora Por su textura equilibrada así como por mejores características físicas y químicas, este tipo de suelo es el más apto para el cultivo. La mayoría de las especies de plantas se desarrolla de manera adecuada en este tipo de terreno. Por ello un mantenimiento óptimo reduce al mínimo los inconvenientes que puedan surgir durante el crecimiento de los vegetales.

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Y

i

n

a

X N

I

2

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IX- RECOMENDACIONES -

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La instalación de los cilindros en terreno debe ser cuidadosa, de modo de alterar el mínimo posible el suelo, ya que de ocurrir esto se distorsionan las medidas de infiltración Se recomienda obtener más cilindros infiltrometros para tener mayor precisión en los trabajos de investigación, ya que en la práctica solo se realizó con un solo cilindro. Esta práctica necesita de concentración para llevar el tiempo exacto y realizar las medidas y el enrase a tiempo.

X- CONCLUCIONES -

-

-

Se aprendió a realizar la aplicación del método del cilindro infiltrometro aplicando directamente en el campo lo cual nos da una idea para nuestros parámetros de diseño en sistema de riego en un futuro proyecto de riego. La determinación de la velocidad de infiltración, así como la lámina y la capacidad de infiltración nos permite reconocer el suelo como apto o no para un proyecto a efectuar. Al realizar esta práctica de campo para determinar la velocidad de infiltración de agua en el suelo hemos visto que la misma es fundamental para calcular el tiempo de riego, diseño de los sistemas de riego.

Para la primera prueba donde se obtuvo una infiltración básica de entonces el suelo es franco arenoso 654.09

XI- BIBLIOGRAFIA: https://es.slideshare.net/EdisonHuaynacho/diseo-de-pequeos-sistemasde-riego-por-aspersion

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ANEXOS

ANEXO 1: se realizo el traslado de los equipos para la realización de la prueba de infiltración – lugar UNA-PUNO. Escoger el terreno para realizar la prueba de infiltración – ver la imagen. Instalado los equipos de para esta prueba – ver la imagen

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ANEXO 5: procedemos a introducir agua a los cilindros

ANEXO 6: empezamos a medir la cantidad de cm que infiltra el agua en intervalos de tiempo (min)

ADJUNTADO EN EL CD: HOJAS DE CALCULO EN EXCEL

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