Introduccin La infiltracin est gobernada por dos fuerzas: la gravedad y la accin capilar. Los poros muy pequeos empujan el agua por la accin capilar adems de contra la fuerza de la gravedad. La tasa de infiltracin se ve afectada por caractersticas del suelo como la facilidad de entrada, la capacidad de almacenaje y la tasa de transmisin por el suelo. En el control de la tasa y capacidad infiltracin desempean un papel la textura y estructura del suelo, los tipos de vegetacin, el contenido de agua del suelo, la temperatura del suelo y la intensidad de precipitacin. Por ejemplo, los suelos arenosos de grano grueso tienen espacios grandes entre cada grano y permiten que el agua se infiltre rpidamente. La vegetacin crea ms suelos porosos, protegiendo el suelo del estancamiento de la precipitacin, que puede cerrar los huecos naturales entre las partculas del suelo, y soltando el suelo a travs de la accin de las races. A esto se debe que las reas arboladas tengan las tasas de infiltracin ms altas de todos los tipos de vegetacin.Una vez que el agua se ha infiltrado en el suelo, permanece all y se filtra al agua subterrnea, o pasa a formar parte del proceso de escorrenta subsuperficial.Infiltracin1. Definicin

La infiltracin es el proceso por el cual el agua penetra desde la superficie del terreno hacia el suelo. En una primera etapa satisface la deficiencia de humedad del suelo en una zona cercana a la superficie, y posteriormente superado cierto nivel de humedad, pasa a formar parte del agua subterrnea, saturando los espacios vacos.

Superada por la capacidad de campo del suelo, el agua desciende por la accin conjunta de las fuerzas capilares y de la gravedad. Esta parte del proceso recibe distintas denominaciones:percolacin, infiltracin eficaz, infiltracin profunda, etc.

2. Descripcin del proceso de infiltracin

Considrese un rea de suelo suficientemente pequea, de modo que sus caractersticas (tipo de suelo, cobertura vegetal,etc.), as como la intensidad de la lluvia en el espacio puedan considerarse uniformes, aunque la ltima cambie en el tiempo.Supngase que, al inicio de una tormenta, el suelo est de tal manera seco que la cantidad de agua que puede absorber en la unidad de tiempo, es decir, sucapacidad de infiltracines mayor que la intensidad de la lluvia en esos primeros instantes de la tormenta. Bajo estas condiciones, se infiltrara toda la lluvia, es decir (Aparicio, 1999):Sii fp, t > tp, f = fpDondefpdecrece con el tiempo.Si despus del tiempo de encharcamiento la tormenta entra en un periodo de calma, es decir, su intensidad disminuye hasta hacerse menor que la capacidad de infiltracin, el tirante de agua existente sobre la superficie del suelo, de haberlo, disminuye hasta desaparecer y el agua contenida en los charcos tambin se infiltra, y en menor grado se evapora.Cuando ya no hay agua sobre la superficie del terreno, el contenido de humedad de las capas de suelo cercanas al frente hmedo se difunde, haciendo que dicho frente avance hacia arriba hasta que la superficie deja de estar saturada.Posteriormente, la lluvia puede volver a intensificarse y alcanzar otro tiempo de encharcamiento repitindose todo el ciclo descrito.

3. Factores que afectan la capacidad de infiltracinInfluyen en el proceso de infiltracin: entrada superficial, transmisin a travs del suelo, capacidad de almacenamiento del suelo, caractersticas del medio permeable, y caractersticas del fluido. Entrada superficial: La superficie del suelo puede estar cerrada por la acumulacin de partculas que impidan, o retrasen la entrada de agua al suelo. Transmisin a travs del suelo: El agua no puede continuar entrando en el suelo con mayor rapidez que la de su transmisin hacia abajo, dependiendo de los distintos estratos. Acumulacin en la capacidad de almacenamiento: El almacenamiento disponible depende de la porosidad, espesor del horizonte y cantidad de humedad existente. Caractersticas del medio permeable: La capacidad de infiltracin est relacionada con el tamao del poro y su distribucin, el tipo de suelo arenoso, arcilloso-, la vegetacin, la estructura y capas de suelos. Caractersticas del fluido: La contaminacin del agua infiltrada por partculas finas o coloides, la temperatura y viscosidad del fluido, y la cantidad de sales que lleva.

4. Medicin de la infiltracin

Ensayos de la infiltracin.Los mtodos para medir la infiltracin se dividen en mtodos directos e indirectos. Mtodos directos: Valorar la cantidad de agua infiltrada sobre una superficie de suelo:

1. Lismetros: Es un depsito enterrado, de paredes verticales, abierto en su parte superior y relleno del terreno que se quiere estudiar. La superficie del suelo est sometida a los agentes atmosfricos 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 perodos largos, la reconstruccin del suelo no es adecuada ya que no se reproduce exactamente igual el proceso que el mismo sufri debido al accionar de la naturaleza y el hombre. 2. Simuladores de lluvia: Aplican agua en forma constante reproduciendo lo ms fielmente el acontecer de la precipitacin. Las gotas son del tamao de las de la lluvia y tienen una energa de impacto similar, comparndose los efectos. Varan en tamao, cantidad de agua necesaria y mtodo de medicin. El rea de lluvia es variable entre 0,1 m2 y 40 m2. La diferencia entre precipitacin y escorrenta representa la valoracin del volumen infiltrado. 3. Infiltrmetro: Para realizar el ensayo de infiltracin en el campo se utiliza: Infiltrmetro. Es un aparato sencillo, de uno o dos tubos de chapa de dimetro 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 cilndrico de 0,20 a 0,25 cm de dimetro y un alto de 0,60 m, que se clava en el suelo, midindose el descenso del agua, con el principal inconveniente que el agua infiltrada por el crculo del fondo, en las zonas del suelo a los lados del aparato participan tambin en la infiltracin; dando medidas superiores a la realidad. Infiltrmetros: Son dos anillos concntricos, usndose el interior, de 23 cm. de dimetro para determinar la velocidad de infiltracin, 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 mnima necesaria para evitar las fugas de los mismos. La medicin es menor que la anterior y ms concordante con la capacidad real del suelo. El mtodo de Muntz trabaja con los mismos anillos pero cambia la forma de medir: junto al cilindro interior se entierra una punta, colocndose una determinada cantidad de agua por encima y repitiendo la medicin en intervalos de tiempo y descenso del agua. Los principales inconvenientes, aparte del carcter local de la experiencia, son que el suelo se modifica al clavar el tubo, y no hay efectos de compactacin, ni de arrastre de finos, ni del aire. Se aclara que el terreno no es preparado para el ensayo de infiltracin, si no que se hace sobre el terreno natural. Como la medicin vara segn el estado de humedad inicial existente al momento del ensayo, deben realizarse una serie de ensayos para distintos grados de humedad. Mtodos indirectos: Se determina la capacidad de infiltracin considerando una cuenca perfectamente controlada, con datos precisos de precipitacin, evaporacin y escorrenta, se puede determinar la infiltracin.

1. Ensayo de infiltracin: Los ensayos de infiltracin permiten conocer la variacin de la capacidad de infiltracin en funcin del tiempo, decreciente a medida que transcurre el mismo. Los ensayos ms simples y difundidos son los que se desarrollan con los anillos concntricos. Los datos obtenidos de campo se vuelcan en una planilla registrndose las distintas alturas de agua y los tiempos correspondientes. Los intervalos de tiempo dependen del suelo donde se hace la medicin. Con los datos de altura y tiempo se obtienen los deltas de ambos. La capacidad de infiltracin se obtiene haciendo el cociente entre cantidad de agua infiltrada y el intervalo de tiempo: f = Variacin altura / Variacin de tiempo. Se obtienen dos curvas: De lmina acumulada, y la curva de capacidad de infiltracin, ambas en funcin del tiempo:

Ecuacin de Horton: Desarroll una ecuacin matemtica para definir la curva de capacidad de infiltracin:f = fo + (fo - fb) e- K * tDonde: fo: Capacidad de infiltracin inicial mxima. fb: Capacidad de infiltracin bsica mnima. K: Constante de decaimiento. t: Tiempo desde el inicio del ensayo.

Los valores de fo, fb y K estn asociados a los suelos y a su cubierta vegetal. Se determina fo en suelo completamente seco y fb en suelo totalmente saturado. El postulado de Horton establece que la curva que representa la capacidad de infiltracin se manifiesta de esa manera, solo y solo si la intensidad de precipitacin es mayor que la capacidad de infiltracin del suelo analizado. Este principio o postulado es debidamente respetado en el ensayo de infiltracin de doble anillo, porque siempre hay agua en superficie que satisface la capacidad de absorcin que tiene el suelo en su grado mximo o potencial, cualquiera sea el tiempo que transcurre desde el inicio del ensayo.5. Mtodos para calcular la infiltracin

Hay varias formas de estimar el volumen y/o la tasa de infiltracin del agua en un suelo. Algunos mtodos de valoracin excelentes son el mtodo Verde-Ampt, el mtodo de SCS, el mtodo de Horton, y la ley de Darcy.

Todos los mtodos disponibles para determinar la capacidad de infiltracin en una cuenca estn basados en el criterio expuesto cuando se analiz elinfiltrmetro simulador de lluvia, o sea en la relacin entre lo que llueve y lo que escurre. En la prctica resulta complicado analizar detalladamente el fenmeno y slo es posible hacerlo, con ciertas limitaciones, para cuencas pequeas donde ocurren tormentas sucesivas.Los mtodos que permiten calcular la infiltracin en una cuenca para una cierta tormenta, requieren delhietogramade la precipitacin mediay de su correspondiente hidrograma. Esto implica que en la cuenca donde se requiere evaluar la infiltracin se necesita, por lo menos unpluvigrafoy una estacin de aforo en su salida. En caso de contar nicamente con estaciones pluviomtricas slo se podrn hacer anlisis diarios.Se considera que:P = Q + FDonde:P=Volumen de precipitacin (m3)Q=Volumen de escurrimiento directo (m3)F= Volumen de infiltracin (m3)En esta ecuacin se considera queFinvolucra las llamadasprdidasque incluyen laintercepcin de agua por plantasy elalmacenamiento en depresiones(techos de edificios, casas, embalses)ya que no es factible medirlos; adems, en esta forma se evala todo el escurrimiento directo, que es de inters fundamental ya que permite determinar la cantidad de agua que escurre con respecto a la que llueve. ndicede infiltracin mediasta basado en la hiptesis de que para una tormenta con determinadas condiciones iniciales la cantidad de recarga en la cuenca permanece constante a travs de toda la duracin de la tormenta. As, si se conoce elhietogramay elhidrogramade la tormenta, el ndice de la infiltracin media,, es la intensidad de lluvia sobre la cual, el volumen de lluvia es igual al del escurrimiento directo observado o lluvia en exceso.

Para obtener el ndicese procede por tanteos suponiendo valores de l y deduciendo la lluvia en exceso delhietogramade la tormenta. Cuando esta lluvia en exceso sea igual a la registrada por elhidrograma, se conocer el valor de.Segn la Figura, el valor correcto dese tendr cuando:= heDonde: = lluvia en exceso en el intervalo de tiempodeducido delhietogramade la tormentahe= lluvia en exceso deducida del volumen de escurrimiento directo (Ved) entre el rea de la cuenca (A).Debe sealarse que como la lluvia vara con respecto al tiempo y el ndicees constante, cuando la variacin de la lluviaen un cierto intervalo de tiemposea menor que, se acepta que todo lo llovido se infiltr. El problema se presenta cuando se desea evaluar el volumen de infiltracin, ya que si se evala a partir del ndicese obtendr por este hecho un volumen mayor que el real. Para calcular el volumen de infiltracin real, se aplica la siguiente ecuacin:F =(hp- he )ADonde:F= volumen de infiltracin (m3)hp= altura de lluvia debida a la tormenta, la cual es la suma de los(mm)he= altura de la lluvia en exceso (mm)A= rea de la cuenca (m2)

Obtencin de la curva de capacidad de infiltracin mediaSi se tiene una serie de tormentas sucesivas en una cuenca pequea y se dispone delhietogramaehidrogramacorrespondientes, es posible obtener la curva de la capacidad de infiltracin aplicando el criterio deHorneryLloys.Delhietogramapara cada tormenta, se obtiene la altura de lluviahpy segn elhidrograma, la lluvia en exceso,he, a que dio lugar. A continuacin se calcula el volumen de infiltracinF, expresado en lmina de agua, que es:

En la ecuacin anteriorhfdebe dividirse entre el tiempo promedio en que ocurre la infiltracin en toda la cuenca.En este criterio se acepta que la infiltracin media se inicia cuando empieza la lluvia en exceso y contina durante un lapso despus de que sta termina. En este momento, si la tormenta cubre toda el rea, la infiltracin contina en forma de capacidad e ir disminuyendo conforme el rea de deteccin del escurrimiento disminuye.Hortonconsidera que el periodo equivalente durante el cual el mismo volumen de infiltracin pasa, desde que la lluvia en exceso finaliza hasta que cesa el flujo sobre tierra, se puede detectar al analizar elhidrogramacorrespondiente.

Segn lo anterior, el tiempo promedio en el que ocurre la capacidad de infiltracin se expresa como:

Donde:t= duracin de la infiltracin (h)de=duracin de la lluvia en exceso (h) t= periodo desde que termina la lluvia en exceso hasta que seca el flujo sobre tierra (h)Por lo tanto, la capacidad de infiltracin media ser:f =hf/ tDonde:hf= altura de infiltracin media (mm)t= duracin de la infiltracin (h)Una vez conocido el valor defpara cada tormenta, se lleva a una grfica en el punto de cada periodot. Al unir los puntos resultantes se obtiene la curva de capacidad de infiltracin media. Capacidad de infiltracin en cuencas grandesPara cuencas donde no se acepta que la intensidad de lluvia es uniforme en toda el rea,Hortonpropone un criterio para calcular la capacidad de infiltracin media,fa, que se tiene para una tormenta cualquiera.Este criterio supone la disponibilidad de registros de lluvia suficientes para representar su distribucin satisfactoriamente, y que al menos uno de los registros se obtuvo a partir de unpluvigrafo.Esto implica estimar que la distribucin de lluvia registrada en elpluvigrafosea representativa de la distribucin en toda la cuenca. Por otra parte, considera que el escurrimiento superficial es igual a la diferencia entre la precipitacin y la infiltracin que ocurre durante el periodo de la lluvia en exceso; o sea que se desprecia la infiltracin antes y despus de la lluvia en exceso. Entonces, el valor defaque se encuentra es tal que multiplicado por la duracin de la lluvia en exceso y restado de la lluvia total para el mismo periodo, proporciona el escurrimiento superficial total.La estacinpluviogrficarecibe el nombre deestacin basey laspluviomtricasse llamansubestaciones. Con el fin de tener un criterio de clculo general para la cuenca en estudio, conviene transformar a porcentajes la curva masa de la estacin base. Una vez hecho estos clculos, se suponen alturas de lluvia y a partir de la curva masa en porcentaje, se obtiene la variacin respecto al tiempo. A continuacin se proponen capacidades de infiltracin media y se deduce cada altura de lluvia correspondiente a su lluvia en exceso.Lo anterior permite obtener grficas de alturas de lluvias totales contra alturas de lluvia en exceso para diferentes capacidades de infiltracin media. As, conocida la altura de precipitacin media en la cuenca para la tormenta en estudio, y su correspondiente altura de lluvia en exceso a partir delhidrogramadel escurrimiento directo es posible obtener su capacidad de infiltracin media.Este criterio es similar al del ndice de infiltracin media, slo que ahora los tanteos se llevan a grficas que en el caso de tener una tormenta con una duracin grande es muy conveniente, ya que disminuye el tiempo de clculo. Por otra parte, permite disponer de una grfica que relaciona para cualquier tormenta su lluvia en exceso, su lluvia total y su correspondiente capacidad de infiltracin media. Coeficiente de escurrimientoComo slo una parte del volumen llovido en una cuenca escurre hasta su salida, al considerar la expresin:Q = Ce PDonde:Q= volumen de escurrimiento directo (m3)Ce= coeficiente de escurrimiento (%)P =volumen de lluvia (m3)Se tiene en dicho coeficiente el valor representativo de aquellos factores. Si se conocen los volmenes de escurrimiento y de lluvia, puede determinarse el volumen de infiltracin,F, de la ecuacin:F = P - QConviene recordar que enFestn comprendidos desde prdidas por retencin superficial o intercepcin de la vegetacin y su evaporacin, hasta los volmenes que constituyen recarga de acuferos una vez que se satisfizo la deficiencia de humedad del suelo. Criterios en cuencas aforadasAl tomar la lluvia como principal variable en cuencas aforadas y debido a que ni la capacidad de infiltracin ni el coeficiente de escurrimiento pueden considerarse constantes, se busca una relacin entre la lluvia y la infiltracin de acuerdo con el criterio delU.S.SoilConservationService(USSCS) segn el cual la relacin entre el coeficiente de escurrimientoCey la altura de precipitacin totalhpes:

DondeSes un parmetro dado en las mismas unidades quehp(mm). DeSse prueban distintos valores hasta encontrar el que hace mnima la variancia del error en el clculo de Ce. Conocido el volumen de escurrimiento, por diferencia con el de precipitacin se calcula el de infiltracin.

Conclusin

El proceso de infiltracin puede continuar slo 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 travs del suelo. La tasa mxima a la que el agua puede entrar en un suelo se conoce como capacidad de infiltracin. Si la llegada del agua a la superficie del suelo es menor que la capacidad de infiltracin, toda el agua se infiltrar. Si la intensidad de precipitacin en la superficie del suelo ocurre a una tasa que excede la capacidad de infiltracin, el agua comienza a estancarse y se produce la escorrenta sobre la superficie de la tierra, una vez que la cuenca de almacenamiento est llena. Esta escorrenta se conoce como flujo terrestre. El sistema hidrolgico completo de una lnea divisoria de aguas se analiza a veces usando modelos de transporte hidrolgicos, modelos matemticos que consideran la infiltracin, la escorrenta y el flujo de canal para predecir las tasas de flujo del ro y la calidad del agua de la corriente.E-grafa http://www.ciclohidrologico.com/infiltracin_del_agua http://ing.unne.edu.ar/pub/infi.pdf