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ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOLOGICA GEOTECNIA

CURSO : HIDROLOGA AO ACADEMICO :2014 IISEMESTRE: VIII

CLASE 09 : INFILTRACION

Prof.: F. Grnica T. Tacna, 04 de noviembre del 2014

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NDICE DE PRDIDAS Definido como la intensidad de lluvia, por sobre la cual el volumen de la precipitacin iguala al volumen de la escorrenta.PrdidasTiempo en horasIntensidad de lluvia (mm/h)FLluvia efectiva= escorrentaDT NDICE FavRepresenta la tasa promedio de infiltracin durante el perodo, excluyendo las prdidas que no son de infiltracin.

Curva de duracin de caudales(Imagen presentacin de series Q del Dr. Elfego Orozco, 2009, Guatemala)

Curvas de Duracin

Curvas de DuracinLa curva de duracin resulta del anlisis de frecuencias de la serie histrica de caudales medios diarios en el sitio de captacin de un proyecto de suministro de agua. Se estima que si la serie histrica es suficientemente buena, la curva de duracin es representativa del rgimen de caudales medios de la corriente y por lo tanto puede utilizarse para pronosticar el comportamiento del rgimen futuro de caudales, o sea el rgimen que se presentar durante la vida til de la captacin.

Como se observa en la Figura No. 1 la escala vertical de la curva de duracin representa caudales medios (diarios, mensuales o anuales) y la escala horizontal las probabilidades de que dichos caudales puedan ser igualados o excedidos.

Las curvas de duracin tienen formas tpicas que dependen de las caractersticas de las cuencas vertientes. En cuencas de montaa, por ejemplo, la pendiente pronunciada en el tramo inicial de la curva indica que los caudales altos se presentan durante perodos cortos, mientras que en los rios de llanura no existen diferencias muy notables en las pendientes de los diferentes tramos de la curva. Este hecho es til para ajustar la forma de la curva de duracin segn las caracteristicas de la cuenca cuando la serie de caudales medios es deficiente, o para transponer una curva de duracin de una cuenca bien instrumentada de la misma regin a la cuenca que tiene informacin escasa.

Curvas de DuracinEl caudal mnimo probable de la curva es el caudal que la corriente puede suministrar durante todo el ao con una probabilidad de excedencia prxima al 100 % . Si este caudal es mayor que la demanda del proyecto, entonces la fuente tiene capacidad para abastecer la demanda sin necesidad de almacenamiento.

En los estudios que se realizan en cuencas pequeas las variaciones diarias del caudal son importantes. Por esta razn los anlisis se hacen con base en la curva de duracin de caudales diarios. Cuando la informacin hidrolgica es escasa la serie histrica de los caudales medios diarios no existe, o si existe no es suficientemente confiable. En tal caso la curva de duracin de caudales diarios no puede determinarse por mtodos matemticos, pero pueden hacerse estimativos utilizando relaciones empricas entre lluvias y caudales. Estos estimativos pueden ocasionar sobrediseo de las obras.

La experiencia ha demostrado que las regresiones lluvia - caudal son aceptables para valores anuales, pero resultan deficientes cuando se utilizan con valores mensuales o diarios. Por esta razn, lo recomendable es generar una serie de caudales medios anuales a partir de las lluvias anuales y luego, a partir de los caudales anuales estimar la serie de caudales medios mensuales; en este caso no se pueden estimar los caudales diarios. Sin embargo, se pueden dibujar las curvas de duracin de los caudales medios anuales y medios mensuales y con base en ellas deducir aproximadamente una curva estimada de caudales medios diarios, como se observa en la Figura No.2.La curva de duracin es muy til para determinar si una fuente es suficiente para suministrar la demanda o si hay necesidad de construir embalses de almacenamiento para suplir las deficiencias en el suministro normal de agua durante los perodos secos.

CURVAS DE DURACION TIPICAS

EROSION , TRANSPORTE Y SEDIMENTACION EN LAS CUENCAS

RIOS MADUROS, VIEJOS Y JOVENES

Estacin hidromtrica Ro Caplina HLM-HLG Calientes

Estacin hidromtrica Canal Uchusuma Bajo HLM-HLG Piedras Blancas

Estacin hidromtrica La Tranca en el ro Sama

Estacin limnimtrica ro Locumba Puente Viejo.

Estacin hidromtrica Coranchay

Ro Maure en la estacin HLM-HLG. Chuapalca.

Componentes del proceso de Intercepcin

Intercepcin del agua de lluvia

IntercepcinDepende de la :Cantidad de biomasa presenteIntensidad de la lluviaEstructura de la copa de los rboles y disposicin de las hojasSe reportan valores como:Bosques tropicales: 9-35% de la PtCultivos anuales: 3-12% de la PtPastos: 12-17% de la PtEn algunos trabajos se toma como promedio 5% de la precipitacin total

22Se define la evapotranspiracin como la prdida de humedad de una superficie por evaporacin directa junto con la prdida de agua por transpiracin de la vegetacin. Se expresa en mm por unidad de tiempo. INFILTRACINDEFINICINESTIMACIN

Precipitacin, Escurrimiento e Infiltracin MOTIVACIN- Las prdidas por infiltracin de eventos de tormentas reflejan su efecto a corto plazo, por lo que es de gran importancia el conocimiento del anlisis del hidrograma de dichas tormentas.- Tambien es importante el estudio de mtodos empricos que permitan estimar valores medios de prdidas por infiltracin, con los que se pueda determinar de manera aproximada la lluvia efectiva de una precipitacin especfica.

26InfiltracinProceso por el que el agua pasa a travs de la superficie del suelo;Velocidad de infiltracin:velocidad de penetracin del agua en el perfil del suelo;Vara, para un mismo suelo, segn condiciones de humedad; En suelos secos, la infiltracin tiene mximos valores y conforme se humedece, sta es cada vez menor hasta que en condiciones de saturacin total alcanza un valor constante.

2627ConceptosInfiltracin: es la penetracin del agua en sueloTasa de Infiltracin: es la velocidad o intensidad de penetracin del agua en el suelo (mm/hora, mm/dia, etc)Infiltracin acumulada: es la cantidad de agua total infiltrada en un determinado tiempo (mm)

2728 / 26LIMITACIONES DEL FENMENO DE INFILTRACINNo puede exceder a la intensidad de la precipitacin que llega a la superficie del suelo.Esta limitado por la tasa a la cual el agua puede penetrar y moverse a travs del perfil. 29 / 26INFILTRACINESTIMACINEXPRESIN DE HORTONNDICE DE INFILTRACINNDICE DE PRDIDA MTODO SOIL CONSERVATION SERVICEMTODO DE LIU Y WANG30Curvas de infiltracin

3031Factores de la velocidad de infiltracin Contenido inicial de agua en el suelo.Caractersticas fsicas, qumicas y biolgicas del suelo.Tipo de suelo (textura y estructura).Grado de uniformidad del perfil del suelo.Pendiente del terreno.Operaciones de laboreo del suelo;Erosin del suelo que puede dar lugar al afloramiento de horizontes menos permeables.31 321. Tipo de suelo: La infiltracin vara directamente con La porosidadEl tamao de partculasEstado de fisuracin de las rocasFactores que afectan la infiltracin

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Curvas de infiltracin segn textura del suelo342. Contenido de humedad del suelo: La Infiltracin es menor en un suelo hmedo que en suelo ms seco.3. Accin de la precipitacin sobre el suelo: La Infiltracin en regiones con vegetacin es Mayor que en suelos descubiertos 4. Temperatura: El Escurrimiento en un suelo es laminar en funcin de la viscosidad del agua. Cuanto mayor es la T, mayor ser la infiltracin de agua en el suelo Factores que afectan la infiltracin 34 355. Compactacin debida al hombre y animales

Suelo en condiciones naturales y suelo compactado por accin del hombre Factores que afectan la infiltracin 35 366. Macroestructura del terrenoa)excavaciones de animales e insectos;b) descomposicin de races;c) aradura y cultivo de la tierra.

Factores que afectan la infiltracin 36

Perfil de humedad en el proceso de infiltracin 38Ecuaciones para estimar la infiltracinHortonPhilipsKostiakovEcuacin de Horton:Donde k es una constante de decaimiento (T-1)

F(t) = fc + (fo - fc)e-kt

3839Ecuacin de Philips:Donde S es el parmetro de resortividad y K es la conductividad hidrulica. Para f(t) cuando t ; f(t) KF(t) = St-1/2 + KtEcuacin de Kostiakov:Donde a y b son constantes. Entonces: para f, cuando t 0, f ; y cuando t , f 0. No hay correspondencia con la realidad porque f = Ks. Por lo tanto, Kostiakov propuso un rango de tiempo mximo de aplicabilidad:t (a*b/Ks)1/(1-b)F = atb 0 < b < 1Ecuaciones para estimar la infiltracin3940Medicin de la infiltracinLa Medida de infiltracin se realiza in situ.El Mtodo ms extendido es que se usa dos cilindros concntricos de acero, que se introducen en el terreno. Mtodo del surco, prueba en que se aplican caudales que se aforan a la entrada (q, caudal por surco) y a la salida (q, escorrenta).

4041Medicin de la infiltracin

41 42Infiltrmetro de Aneis

42Resumen : Variables que intervienen en el fenmeno:CONOCIDASDESCONOCIDAS-Condiciones fsicas del suelo.-Topografa.-Duracin e intensidad de la lluvia.-Infiltracin potencial del suelo.44 / 26Aplicacin de mtodos de estimacinParmetroMtodoAplicacinInfiltracinExpresin de capacidad de infiltracin.A suelos bajo una lluvia constante.ndice de prdida .Conocida la escorrenta directa.ndice Fav.La intensidad de lluvia excede a la tasa de infiltracinParmetroMtodoAplicacinInfiltracinMtodo SCSSe considera el ndice de humedad anterior a la tormenta.Mtodo LIU y WANG.Verificar si los parmetros involucrados en el mtodo se ajustan a las condiciones de la cuenca en estudio. Aplicacin de mtodos de estimacinExpresin de Capacidad de Infiltracinfc= Capacidad de infiltracin para un tiempo t muy grande,(mm/h).fo=Capacidad de infiltracin inicial en t=0,(mm/h).t=Tiempo desde el inicio de la lluvia en minutos.K=Constante para un suelo y superficie particulares (t -1).

Esta expresin fu desarrollada por Horton, ella refleja la tendencia de la velocidad de infiltracin, en cualquier suelo bajo una lluvia constante.49 / 26Mtodo del US. Soil Conservation Service ( S.C.S )Es un procedimiento emprico desarrollado por hidrlogos del S.C.S, para estimar la escorrenta y la prdida, basandose en la precipitacin ocurrida y las condiciones de la cuenca. Condiciones iniciales requeridas para la aplicacin del mtodo: Condicin I: (Suelo Seco). El suelo est seco sin perder su cohesin (lluvia en los 5 das previos: 0 35 mm). Condicin II: (Suelo Normal). Condicin media existente antes de que ocurra la mxima crecida anual en la cuenca (lluvia en los 5 das previos: 35 50 mm). Condicin III: (Suelo Hmedo). 5 das antes de la tormenta se han producido lluvias fuertes y el suelo esta saturado (lluvia en los 5 das previos: > 50 mm).

50 / 26Relacin entre la precipitacin y el escurrimiento. Segn la condicin. La relacin est expresada mediante un determinado Nmero de Curvas, que dependen de: la clasificacin de los suelos, uso de la tierra y de la condicin Hidrolgica.GrupoCaraterstica del SueloABajo potencial de escorrenta.BModeradamente bajo potencial de escorrentaCModeradamente alto potencial de escorrentaDAlto potencial de escorrenta1. Clasificacin Hidrolgica de los Suelos:51 / 26Condicin HidrolgicaCoberturaBuenaDel 75%RegularEntre 50% y 75%Malamenor del 50%2. Condicin Hidrolgica3.Usos de la tierra:Dependiendo del uso de la tierra se puede aumentar los picos de las crecidas y bajar el caudal de estiaje.Continuacin NMERO DE CURVA PARA LA CONDICIN I Y III.

CNI : Condicin de humedad antecedente seca.CNII : Condicin de humedad antecedente normal.CNIII : Condicin de humedad antecedente hmeda.53 / 26Nmero de curvas de escorrenta Condicin II de humedad antecedente.Grupo de suelosUso de la tierra.ABCDTierra cultivadaSin tratamiento consevacional72818891Con tratamiento consevacional62717881Pradera o PastizalCondicin mala68798689Condicin buena 39617480SabanasCondicin buena30587178BosquesRalo,cobertura pobre45667783Cobertura buene25557077Espacios abiertos, jrdines, parques, campos de golf, cementerios,etc.Condicin buenaCobertura de grama de 75% o ms al rea39617480Condicin regularCobertura de grama de50% a 75% del rea49697984reas comerciales de negocios (85% impermeables)89929495reas industriales (72% Impermeables)81829193ResidencialParcela promedio% Impermeabilidad500 m2 o menos65778590921000 m238617583871500 m230577281862000 m225547080854000 m22051687984Estacionamientos,parcelas,techos,autopista,etc.98989898Calles y caminosPavimentos con cunetas y alcantarillas98989898Granzn76858991Tierra72828789En cuencas con mediciones previas, el valor de CN se puede obtener para cada tormenta, mediante la siguiente expresin:

NMERO DE CURVASQ = EscorrentaP = PrecipitacinExpresiones que definen la Escorrenta y la Prdida.

Nmericamente el valor mximo de S es la capacidad til de almacenamiento del suelo.S = Prdidas de Infiltracin.Q = EscorrentaMTODO DESARROLLADO POR LIU Y WANTMediante este mtodo se lleg a la expresin que relaciona el ndice y la intensidad de lluvia durante la tormenta:

= tasa promedio de prdidas de lluvia en mm/h.a,b = parmetros que muestran las caractersticas de las condiciones del terreno.I = intensidad de la precipitacin en mm/h.

57 / 26Valores de los parmetros a y bCondiciones de humedad del sueloDescripcin de las condiciones del terrenoHmedoMedioSecoabababPerfil delgado arcilloso, vegetacin pobre.0,830,560,930,631,000,68Arcilloso, arenoso, vegetacin pobre, montaas rocosas y regiones con perfiles delgados.0,930,631,020,691,080,75Limosos, vegetacin pobre, regiones con colinas, perfil grueso pastos.0,980,661,100,761,160,81Limoso y con vegetacin densa de forestales1,100,761,180,831,220,87Arenosos, floresta vegetal original con un piso forestal denso.1,220,871,250,901,270,92 En Venezuela, el HIDROMET realiz el anlisis de 50 tormentas en 11 cuencas de diversos tamaos, ubicadas en las regiones Norte y Centro Occidental del Pas y desarroll la siguiente expresin:

Con r = 0,98 (Coeficiente de Correlacin )Mediante esta expresin se hacen estimaciones en las regiones para las que se desarroll y en reas vecinas con precipitaciones hasta de 150 mm/h.

59 / 26EjemploDada la distribucion de una tormenta de 75 mm, calcular el ndice sabiendo que la escorrenta superficial o directa es de 33 mm.t (h)P(mm)1521532042051461total75F=9 mm/h60 / 26EjemploEl clculo se efecta por iteracin como sigue: Comparar el valor del paso anterior con los lmites de lluvia horaria.El valor de Pi o se resta de la lluvia total y disminuye la duracin de la tormenta en cada uno de los intervalos en que esto ocurra.Sea el nuevo valor de

61 / 26VERIFICACIN -GENERALIZACINMediante los mtodos descritos se pueden obtener valores medios de prdida, por lo que la verificacin se puede realizar con algunos de ellos, teniendo los datos requeridos por los mismo.La ecuacin de campo es aplicable a todos los suelos bajo una lluvia constante. El mtodo de ndice de prdidas es muy usado para estimar en forma rpida la escorrenta que producira una tormenta en cuencas de gran extensin.

Infiltracin del agua en suelos arenosos y arcillosos62 / 28

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