distribución de esfuerzos en una masa de suelo saturada con infiltración

distribución de esfuerzos en una masa de suelo saturada con infiltración

1. INFILTRACIÓN Cynthia Hernández, Jesús Salas, Michel Evangelista, Martín Arias.

2. ¿Qué es? La  infiltración  es el proceso por el cual el agua en la superficie de la tierra entra en el suelo

3. ¿CUAL ES SU IMPORTACIA? Conocer la velocidad de infiltración (VI) o cantidad del agua que entra por unidad de superficie y de tiempo. Esto permite, a través de un modelo matemático, llegar a predecir el tiempo (tiempo de riego) que se necesita para reponer una cantidad de agua en el suelo (Infiltración Acumulada, IA )

4. 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.

5. 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. 

6. EJEMPLOS 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 .

7. PROCESO DE INFILTRACION 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.

8. CAPACIDAD DE INFILTRACION 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.

9. METODOS Algunos métodos de valoración excelentes son el método Green- Ampt , el método de SCS, el método de Horton , y la ley de Darcy .

10. Green- Ampt A través de la infiltración el agua penetra desde la superficie del terreno hacia el interior del suelo. El fenómeno de la infiltración es un fenómeno complejo, de hecho, en la tasa de infiltración influye la intensidad de la precipitación, la pendiente de la superficie topográfica, el uso del suelo, el contenido de humedad del suelo, la porosidad, la conductividad hidráulica, el potencial de succión, etc. Además el suelo es heterogéneo, lo cual añade todavía más dificultad al fenómeno de la infiltración.

11. Green - Ampt -El modelo de Green-Ampt suele proporcionar buenas aproximaciones del comportamiento de la infiltración en distintos tipos de suelos, respecto a otros métodos de pérdidas. La formulación de Green-Ampt (Chow, 1988) supone que existe un frente húmedo que separa la región de suelo saturada, inmediatamente bajo el terreno, y la región de suelo no saturada, en la cual existe un potencial de succión. El suelo saturado entre la superficie del terreno y el frente húmedo tiene un contenido de humedad igual a la porosidad del suelo, es decir:

12. Green - Ampt Y bajo el suelo saturado el contenido de humedad es “ϴ i ”. A medida que la infiltración avanza, el frente húmedo, y tras él la zona saturada, desciende y la profundidad de la región saturada aumenta. Por lo tanto, desde el momento “t” en que empieza la infiltración el frente húmedo ha penetrado hasta una profundidad “L”. Considerando una columna vertical de suelo de área horizontal unitaria, la cantidad de agua almacenada como resultado de la infiltración en el instante “t” sería : Siendo Δϴ la variación de humedad que tiene lugar cuando pasa el frente húmedo.

13. Green - Ampt Según la Ley de Darcy aplicada entre la superficie del terreno y el frente húmedo en el instante “t”, la tasa de infiltración “f” se puede aproximar mediante la siguiente expresión: Siendo “K” la conductividad hidráulica saturada y “Ψ” el potencial de succión del frente húmedo . Y como la profundidad del frente húmedo en el instante “t” es:

14. Green - Ampt Y como la tasa de infiltración “f” es la derivada de la infiltración acumulada “F” respecto al tiempo : E integrando la ecuación diferencial anterior se obtiene: Que es la ecuación de Green-Ampt para la infiltración acumulada, es decir, una ecuación implícita en “F” que se puede resolver por métodos iterativos . Por lo tanto, una vez que se calcula la infiltración acumulada “F” se puede obtener la tasa de infiltración “f ”.

15. SCS s un modelo empírico desarrollado por el Servicio de Conservación de Suelos de Estados Unidos que determina un umbral de escorrentía (P0) a través de un número hidrológico o número de curva (CN) agregado de la cuenca. El Numero de Curva toma un valor de 0 a 100 según sea su capacidad de generar escorrentía superficial. Valores cercanos a 0 representan condiciones de permeabilidad muy alta, mientras que valores cercanos a 100 representan condiciones de impermeabilidad.   El  Número de Curva  ( Curve Number ) depende de las siguientes propiedades generadoras de escorrentía de la cuenca: 1) tipo hidrológico de suelo; 2) uso de la tierra y tratamiento; y 3) condición previa de humedad. El método fue desarrollado a partir de registros de lluvia y escorrentía en 24 horas, por lo que no considera explícitamente la variación temporal de la escorrentía.

16. SCS El método del  Número de Curva del SCS  es una técnica desarrollada por el SCS para estimar la infiltración. Considera todas las pérdidas netas menos la evaporación real. Matemáticamente, la ecuación parte de lo siguiente . donde: Q = escurrimiento medio por evento (mm). P = precipitación efectiva por evento (mm). S = retención máxima potencial (mm). La condición para aplicar la Ecuación 1 es que Q > 0 cuando P - 0.2 S, de lo contrario Q = 0.

17. SCS La retención máxima potencial se obtiene mediante curvas numéricas, de acuerdo con la fórmula siguiente: donde : CN = curva numérica ( adimensional ).

18. SCS Variables y parámetros requeridos en el método de curvas numéricas donde : Q = escurrimiento medio por evento (mm). P = precipitación por evento (mm). S = retención máxima potencial (mm). La obtención del valor de curva numérica para cada condición de humedad antecedente, utilizó el valor de S en la siguiente ecuación : En cada condición de humedad antecedente se optimizó el valor de CN para obtener la máxima eficiencia en la predicción del ES, para ello se tomaron valores de CN incluidos en el intervalo de variación.

19. Horton

20. ley de Darcy .

21. https:// www.ciclohidrologico.com/infiltracin_del_agua https://www.aguaysig.com/2017/01/metodo-del-numero-de-curva-del-scs.html http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-57792010000100008