Hidrología - todo a cerca de infiltraciones 2021 PDF

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Summary

Es un pequeño informe generalmente hablando de la hidrología y centrándonos en el tema principal que es la infiltración.
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Description

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

HIDROLOGÍA

TEMA: infiltración

INTEGRANTES: - RAVINES GUEVARA XIOMY XIBELY

DOCENTE: BENJAMIN LOPEZ CAHUAZA

Tarapoto – Perú 2021

INTRODUCIÓN..............................................................................................................................3

Definición:................................................................................................................................4 Proceso de infiltración:.............................................................................................................5 Investigaciones sobre la infiltración:........................................................................................5 Infiltración en la recogida de aguas residuales:........................................................................5 Métodos de cálculo de la infiltración:..................................................................................5 Factores que afectan la infiltración:......................................................................................5 Características del terreno o medio permeable...................................................................6 Características del fluido que se infiltra....................................................................7 Mecanismo de generación de la Infiltración:....................................................................7 factores que afectan a la infiltración:............................................................................8 Factores que controlan la infiltración:......................................................................9 Entrada superficial:...................................................................................................9 Transmisión a través del suelo:.................................................................................9 Acumulación en la capacidad de almacenamiento:.................................................10 Características del medio permeable:.....................................................................10 Infiltrómetros:.........................................................................................................10 Ensayos de la infiltración:......................................................................................10 Métodos directos:...................................................................................................10 Lisímetros:..............................................................................................................11 Simuladores de lluvia:............................................................................................11 Infiltrómetros:.........................................................................................................11 Tubos:.....................................................................................................................11 Infiltrómetros:.........................................................................................................11 Métodos indirectos:............................................................................................12 Ensayo de infiltración:........................................................................................12 MEDICION DE INFILTRACION..................................................................12 CALCULO POR EL METODO DE PORCHET............................................13 Recomendaciones.......................................................................................15

INTRODUCIÓN Conocer el proceso de infiltración de agua en el suelo se considera imprescindible para planificar su uso en trabajos relacionados con obra civil, con objeto de evitar inundaciones en periodos de lluvias extraordinariamente fuertes, particularmente en zonas de topografía muy plana. Además, el estudio del proceso de infiltración permite establecer relaciones entre la aguas superficiales y subterráneas, aportando información sobre los mecanismos de recarga de los acuíferos. Existen diversos mecanismos para conocer la permanencia y distribución del agua en el suelo, tales como la realización del balance hídrico del suelo a partir de datos meteorológicos, o el empleo de métodos para determinar la escorrentía. Igualmente existen varios instrumentos de campo que permiten medir directamente la infiltración en del terreno. Las medidas de campo proporcionan información sobre la infiltración de un área concreta. Se admite que tanto a escala de parcela como de cuenca. permeabilidad y capacidad de infiltración presentan una variabilidad espacial y temporal. Esa variabilidad es particular de cada suelo y depende de diferencias texturales (Se reconocen por una concentración de una fracción granulométrica, relacionada a un transporte mecánico), y composicionales, así como de los usos al y composicionales, así como de los usos al que sea que sea destinado. 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. Definición: La Infiltración es el proceso de paso del agua a través de la superficie del suelo hacia el interior de la tierra. Este concepto hay que distinguirlo del de Percolación, que es el movimiento del agua dentro del suelo. Ambo lo. Ambos fenómenos están relacionados, puesto que la Infiltración no puede continuar libremente hasta que la Percolación haya removido el agua de las capas superiores del suelo. 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 VerdeAmpt, el método de SCS, el método de Horton, y la ley de Darcy. Factores que afectan la infiltración: El agua, para infiltrarse, debe penetrar a través de la superficie del terreno y circular a través de éste. Hay dos grupos de factores que influyen en el proceso: a) Factores que definen las características del terreno o medio permeable b) Factores que definen las características del fluido (agua) que se infiltra Algunos de estos factores influyen más en la intensidad de la infiltración, al retardar la entrada del agua, que, en el total de volumen infiltrado, pero tal consideración se desprende, intuitivamente, de la descripción que a continuación se hace de ellos: Características del terreno o medio permeable a) Condiciones de superficie. La compactación natural, o debida al tránsito, dificulta la penetración del agua y, por tanto, reduce la capacidad de infiltración. Una superficie desnuda está expuesta al choque directo de las gotas de lluvia, que también da lugar a la compactación, lo que también disminuye la infiltración. Cuando un suelo está cubierto de vegetación, las plantas protegen de la compactación por impacto de lluvia, se frena el recorrido superficial del agua que está, así, más tiempo expuesta a su posible infiltración, y las raíces de las plantas abren grietas en el suelo que facilitan la penetración del agua. La pendiente del terreno influye en el sentido de mantener más o menos tiempo una lámina de agua de cierto espesor sobre él. La especie cultivada, en cuanto define mayor o menor densidad de cobertura vegetal, y, sobre todo, el tratamiento agrícola aplicado, influirán en la infiltración. En las áreas urbanizadas se reduce considerablemente la posibilidad de infiltración. b) Características del terreno. La textura del terreno influye por sí y por la influencia en la estabilidad de la estructura, tanto menor cuanto mayor sea la proporción de materiales finos que contenga. Un suelo con gran cantidad de limos y arcillas está expuesto a la disgregación y arrastre de estos materiales por el agua, con el consiguiente llenado de poros más profundos. La estructura define el tamaño de los poros. La existencia de poros grandes reduce la tensión capilar, pero favorece directamente la entrada de agua. El calor específico del terreno influirá en su posibilidad de almacenamiento de calor que, afecta a la temperatura del fluido que se infiltra, y por tanto a su viscosidad. El aire que llena los poros libres del suelo, tiene que ser desalojado por el agua para ocupar su lugar y esto suaviza la intensidad de la infiltración, hasta que es desalojado

totalmente.

c) Condiciones ambientales. La humedad inicial del suelo juega un importante papel. Cuando el suelo está seco al comienzo de la lluvia, se crea una fuerte capilaridad al humedecerse las capas superiores y este efecto, se suma al de gravedad incrementando la intensidad de infiltración. A medida que se humedece, se hinchan por hidratación, las arcillas y coloides y cierran las fracturas y grietas disminuyendo la capacidad de infiltración. Por otra parte, el agua que alcanza el nivel acuífero es el total de la infiltrada menos la retenida por el suelo. Características del fluido que se infiltra La turbidez del agua afecta la intensidad de la infiltración, especialmente por los materiales finos en suspensión que contiene, que penetran en el suelo y reducen porcolmatación la permeabilidad. El contenido en sales, a veces, favorece la formación de flóculos con los coloides del suelo y reduce por el mismo motivo, la intensidad de infiltración. En otras ocasiones, puede ocurrir lo contrario, al producirse defloculación. La temperatura del agua afecta a su viscosidad y en consecuencia, a la facilidad con que discurrirá por el suelo. Debido a ello se han obtenido para el mismo terreno, intensidades de infiltración menores en invierno que en verano. Mecanismo de generación de la Infiltración: Cuando se produce un aguacero, el agua que no es interceptada alcanza el suelo. A partir de ese instante ocurren tres fenómenos diferentes: El primero de ellos es la acumulación de agua en forma de Detención Superficial, a la vez que, dependiendo de la permanencia del agua en la superficie del terreno y de las características hidrodinámicas del mismo, se activa el mecanismo de Infiltración. El agua que el terreno no es capaz de filtrar ni retener, escurre, formando la Escorrentía Superficial o Directa. La escorrentía superficial ocurre en la rasante del suelo natural por donde está moviendo. La permeabilidad del suelo es activada por medio de canales no capilares, a través de los cuales drena el agua de gravedad desde la superficie hasta el nivel freático del agua subterránea, siguiendo el camino de menor resistencia. El agua va rellenando los espacios capilares por lo que el que el gradiente de humedad establecido inicialmente va menguando y por tanto también la cantidad de agua infiltrada por unidad de tiempo producida será menor, ya que el suelo se encuentra en condiciones de mayor saturación, y por tanto con un gradiente de humedad menor, que si inicialmente se encuentra completamente seco. En consecuencia, se favorecerá la formación de escorrentía superficial al disminuir la masa de r la masa de agua susceptible de infiltrarse.

- La Infiltración está más relacionada con el movimiento del agua en la -

parte edáfica del suelo donde tiene lugar el desarrollo radicular de las plantas. La Percolación está más relacionada con el movimiento vertical del agua en la zona no to vertical del agua en la zona no saturada. saturada.

También se ha incluido el Flujo Subsuperficial Epidérmico (Escorrentía Superficial epidérmica), que es el agua que se encuentra en la parte del suelo edáfico y que, en un momento dado puede aflorar, incorporándose a la Escorrentía superficial.

factores que afectan a la infiltración: Recoge las características o factores, tanto del medio permeable como del

fluido que se infiltra, que influyen sobre la infiltración:

Factores que controlan la infiltración: Factores que afectan la capacidad de infiltración) Influyen en el proceso de infiltración) entrada superficial, transmisión a través del suelo, capacidad de almacenamiento del suelo, características del medio permeable, y características del fluido. Entrada superficial: La superficie del suelo puede estar cerrada por la acumulación de partículas que impidan, o retrasen la entrada de agua al suelo. Transmisión a través del suelo:

El agua no puede continuar entrando en el suelo con mayor rapidez que la de su transmisión hacia abajo, dependiendo de los distintos estratos. Acumulación en la capacidad de almacenamiento: El almacenamiento disponible depende de la porosidad, espesor del horizonte y cantidad de humedad existente. Características del medio permeable: La capacidad de infiltración está relacionada con el tamaño del poro y su distribución, el tipo de suelo -arenoso, arcilloso, la vegetación, la estructura y capas de suelos. 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.

Ensayos de la infiltración: Los métodos para medir la infiltración se dividen en métodos directos n métodos directos e indirectos. 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 exactamente igual el proceso que el mismo sufrió del mismo sufrió debido al accionar de la naturaleza debido al accionar de la naturaleza y el hombre. 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 infiltración; dando medidas superiores a la realida 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 medición es menor que la anterior y más concordante más concordante con la capacidad real del suelo. 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 deter...