Ao de la Inversin para el Desarrollo Rural y la Seguridad Alimentaria

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA

LA MOLINA

FACULTAD DE INGENIERA AGRCOLA

INGENIERA DE RIEGOS I

El Agua en el Suelo

(Mtodo de los Cilindros Infiltrmetros)

INFORME Nro. 04

PROFESOR: Ing, GOICOCHEA ROS, Javier

ALUMNOS:

ZORRILLA CAVERO, Pedro J.

MARTNEZ SALCEDO, Franklin

CCORAHUA LARA, Gilmar

ASENCIOS ASTORAYME, Romer

BALVIN BOZA, Martn

2013-II

I. INTRODUCCIN

La funcin principal del riego es el de restituir agua a la zona radicular de las plantas,

mediante la aplicacin de la misma, a la superficie del terreno, para que penetre en l

y quede disponible para la absorcin.

Para proporcionar estas condiciones, la velocidad con que el agua penetra en el suelo,

denominada velocidad de infiltracin, tiene gran importancia, particularmente por la

variedad de las caractersticas de suelo, las mismas que afectan al proceso dinmico

que se produce por la interaccin de la fase lquida del agua con la slida del suelo.

La velocidad de infiltracin es un parmetro que debe ser estudiado y determinado,

puesto que cumple un rol primordial en el manejo del agua en el riego. Ya que nos

servir, junto a otros datos, para elaborar una rutina de riego adecuada.

II. OBJETIVOS

Aprender el uso y correcta instalacin de los Cilindros Infiltrmetros para

determinar las caractersticas de infiltracin.

Determinar la velocidad de infiltracin, instantnea e infiltracin promedio y

lmina infiltrada.

Interpretar los datos obtenidos por el mtodo de los Cilindros Infiltrmetros,

apoyados en el modelo matemtico de Kostiakov.

Interpretar las curvas de Velocidad de Infiltracin VS Tiempo, Infiltracin

Acumulada VS tiempo.

III. MARCO TERICO

EL PROCESO DE INFILTRACIN

Infiltracin es el proceso por el cual el agua penetra en el suelo, a travs de su superficie

en contacto con la atmsfera. Posteriormente se mover en el subsuelo de acuerdo a

diferentes procesos, pudiendo recargar el perfil hdrico, percolar por debajo de la zona

radical hacia los acuferos, conformar el flujo subsuperficial o hipodrmico que termina

en un rea de drenaje (bajos, ros, etc). Su importancia radica en que el agua infiltrada

constituye el principal sustento de la vegetacin y origen de las aguas subterrneas. El

anlisis conceptual de la infiltracin es comn a condiciones naturales (precipitaciones)

o de regado, aunque en este caso las condiciones de aplicacin son controladas.

FACTORES QUE AFECTAN LA INFILTRACIN

Hay dos grupos de factores que influyen en el proceso de infiltracin:

Factores que definen las caractersticas del terreno o medio permeable.

Factores que definen las caractersticas del fluido que se infiltra.

Dentro del primer grupo de factores se pueden mencionar:

Cobertura Del Suelo

Un suelo desnudo recibe el impacto directo de las gotas de lluvia, que provoca un

mecanismo particular de desagregacin y rotura de las fracciones de mayor tamao

en otras ms finas que luego tapan y bloquean los poros del suelo. Este sellado superficial

recibe el nombre de costras y su efecto es notable en la disminucin de la infiltracin.

Las condiciones texturales y estructurales condicionan este problema, pero si se

aumenta la cobertura vegetal est ampliamente demostrado que se reducen los

efectos de la compactacin por lluvias. Tambin aumenta la rugosidad del terreno,

disminuyendo la velocidad de escurrimiento superficial y aumentando el tiempo de

contacto con la superficie del terreno, todos aspectos favorables para el aumento de

la infiltracin. Finalmente, las races superficiales cuando mueren, generan macroporos

y grietas vinculadas entre s que facilitan la infiltracin. Similar efecto producen algunos

organismos que viven en el suelo (lombrices, etc.).

Pendiente Del Terreno

La pendiente influye en el tiempo de contacto entre el agua y la superficie del suelo.

Cuando es abrupta, aumenta la velocidad y disminuye el tiempo de contacto. Para

corregir este problema deben considerarse prcticas de cultivo (contorno, cobertura

vegetal permanente, etc) y si no fuera suficiente recurrir a prcticas como terrazas de

absorcin y de drenaje, de acuerdo al rgimen de lluvias.

Textura

La textura de un suelo influye directamente en la infiltracin (tamao de poros) e

indirectamente a travs de la estabilidad de sus agregados. Altas proporciones de limo

y arena entre fina y muy fina generan agregados poco estables, con la consecuencia

de su rotura y bloqueo de poros y grietas. Los suelos ligeros de textura gruesa generan

poros de mayor tamao que favorecen la entrada de agua al suelo. Por otro lado, alta

proporcin de poros pequeos (microporos) en suelos arcillosos, limita rpidamente la

capacidad de infiltracin. Cuando se analiza la relacin entre la precipitacin y la

escorrenta superficial, se clasifican en grupos hidrolgicos diferentes tipos de suelos

en funcin de su textura. En ese caso, la clasificacin es inversa que en infiltracin- suelos

ligeros menor escorrenta, suelos pesados, mayor- pero demuestra la importancia de la

textura. Suelos expansivos tambin limitan rpidamente la capacidad de infiltracin.

Estructura

Los problemas de compactacin superficial y subsuperficial (pisoteo de ganado o

mquinas, pie de arado o de disco) disminuyen drsticamente la capacidad de

infiltracin. La prdida de materia orgnica en el horizonte superficial, por laboreos

excesivos u otras prcticas culturales, conduce a una menor agregacin o estabilidad

de agregados, aumento de microporos y finalmente una menor capacidad de

infiltracin.

En sntesis, todos los problemas asociados a la degradacin del suelo y prdida de su

estructura, repercuten negativamente en la infiltracin.

Profundidad Del Perfil

La presencia de diferentes estratos u horizontes en un suelo, en funcin del desarrollo

alcanzado, condicionan la infiltracin. El horizonte superficial (A), sin degradar, tienen

en general mayor capacidad de infiltracin. El B, cuando existe, limita en mayor o menor

medida la capacidad de infiltracin, siendo los horizontes vrtices los ms

problemticos. Con la presencia de horizontes fuertemente texturales, cuando se quiere

determinar la infiltracin con mtodos de campo, rpidamente se limita la capacidad

de infiltracin y se supone que no permite el paso de agua hacia horizontes ms

profundos.

Condiciones De Humedad Inicial

La humedad inicial juega un importante papel en la infiltracin. En un suelo inicialmente

ms seco al inicio del riego, se genera una fuerte capilaridad al humedecerse las capas

superiores, que junta a la accin de la gravedad incrementa la intensidad de la

infiltracin. Cuando el contenido hdrico de los horizontes superficiales alcanza a

capacidad de campo, actan solamente las fuerzas gravitatorias y la infiltracin

comienza a disminuir.

En el segundo grupo (Factores que definen las caractersticas del fluido que se infiltra)

influye:

Intensidad De Precipitacin

Las lluvias intensas tienen mayor proporcin de gotas grandes, responsables de

disgregar las partculas del suelo y provocar problemas de bloqueo de poros, como ya

fue analizado. Por otra parte, una precipitacin con alta intensidad supera rpidamente

la velocidad de infiltracin, provocando un menor aprovechamiento del total de agua

cada.

Propiedades Del Fluido

La temperatura del agua modifica la viscosidad y tensin superficial, aspectos que son

importantes en la infiltracin. A mayor temperatura, menor viscosidad y menor

resistencia a la friccin, por ende aumenta la infiltracin.

Problemas Asociados Con El Riego

Un aspecto particular a mencionar, lo constituye la influencia del riego suplementario

con aguas bicarbonatadas-sdicas, alternado con precipitaciones sobre las

propiedades del suelo que alteran la infiltracin. En trminos generales, el sodio se

incorpora en el complejo de intercambio provocando la dispersin de los coloides

orgnicos e inorgnicos, lo cual disgrega las partculas del suelo, aumentando los

microporos. Adems, aquellas son trasladadas por el movimiento descendente del

agua y producen el bloqueo de los poros.

El incremento de la salinidad de la solucin del suelo mejora la estabilidad de los

agregados y mantiene floculados los coloides, pero las precipitaciones diluye la solucin

y sobreviene la dispersin.

El uso de aguas con partculas en suspensin (aguas turbias), ocasiona problemas en los

componentes mecnicos del sistema, sella paulatinamente los poros y por ende

disminuye la infiltracin. Este proceso est en funcin de la cantidad de y tipo de

sedimentos aportados por el agua.

IV. MATERIALES Y EQUIPOS

Los materiales que se requieren para efectuar las pruebas de infiltracin utilizando el

mtodo del Cilindro Infiltrmetro, son:

Bateras de cilindros (02 Cilindros, un cilindro de 25 a 30 cm. de dimetro y 30

a 40 cm. de altura y otro cilindro de 55-65 cm. de dimetro y 20 a 30 cm. de

altura).

Un trozo de madera.

Una comba.

Regla graduada en cm.

Cronmetro.

Balde.

Una bolsa plstica.

Hoja de registro.

V. PROCEDIMIENTOS

El procedimiento es el siguiente:

Instalacin Del Cilindro

Se procede inicialmente a limpiar y despejar el terreno donde se instalar el cilindro,

tratando de reducir al mximo alteracin de la estructura del suelo; a continuacin con

golpes suaves sobre un trozo de madera, puesto sobre el cilindro se introduce esta hasta

una profundidad aproximada de 15cm.

Aplicacin Del Agua

Se coloca en el interior del cilindro la bolsa plstica y con el balde se vaca un volumen

de agua tal, que alcance a 10 a 15 cm. Al interior de est. El plstico tiene por objeto

evitar que el agua golpee directamente la superficie del suelo, vaciando de inmediato

agua en el cilindro exterior.

Lecturas

Inmediatamente despus de retirar el plstico se procede a efectuar la primera lectura,

para luego proceder las siguientes lecturas, cada 1, 2, 5, 10 minutos y dems rangos de

tiempo, segn sea necesario, hasta obtener una variacin de infiltracin constante

entre cada lectura.

VI. RESULTADOS

HORA

TIEMPO

(min)

LMINA INFILTRADA

(cm)

VELOCIDAD DE

INFILTRACIN (cm/h)

PARCIAL ACUMULADO PARCIAL ACUMULADO INSTANTANEO PROMEDIO

1 11:47 0 0 0 0 - -

2 11:48 1 1 1.1 1.1 66.00 66.00

3 11:49 1 2 0.8 1.9 48.00 57.00

4 11:50 1 3 0.8 2.7 48.00 54.00

5 11:51 1 4 0.7 3.4 42.00 51.00

6 11:52 1 5 0.6 4 36.00 48.00

7 11:53 1 6 0.5 4.5 30.00 45.00

8 11:54 1 7 0.6 5.1 36.00 43.71

9 11:55 1 8 0.6 5.7 36.00 42.75

10 11:56 1 9 0.6 6.3 36.00 42.00

11 11:57 1 10 0.5 6.8 30.00 40.80

13 11:59 2 12 1 7.8 30.00 39.00

14 12:00 2 14 1.6 9.4 48.00 40.29

15 12:02 2 16 1.1 10.5 33.00 39.38

16 12:04 2 18 1.1 11.6 33.00 38.67

17 12:06 2 20 0.6 12.2 18.00 36.60

19 12:10 4 24 1.1 13.3 16.50 33.25

20 12:15 5 29 3.5 16.8 42.00 34.76

21 12:20 5 34 2.6 19.4 31.20 34.24

22 12:25 5 39 2.3 21.7 27.60 33.38

24 12:36 11 50 6 27.7 32.73 33.24

25 12:46 10 60 4.5 32.2 27.00 32.20

Tabla Nro.01 Procesamiento Inicial de Datos.

HORA

TIEMPO

To

(min)

LAMINA

INFILTRADA

(cm)

X=LOGto Y=LOG(Icum) X*Y X2 Y2

1 11:47 - - - - - - -

2 11:48 1 1.1 0.0000 0.0414 0.0000 0.0000 0.0017

3 11:49 2 1.9 0.3010 0.2788 0.0839 0.0906 0.0777

4 11:50 3 2.7 0.4771 0.4314 0.2058 0.2276 0.1861

5 11:51 4 3.4 0.6021 0.5315 0.3200 0.3625 0.2825

6 11:52 5 4 0.6990 0.6021 0.4208 0.4886 0.3625

7 11:53 6 4.5 0.7782 0.6532 0.5083 0.6055 0.4267

8 11:54 7 5.1 0.8451 0.7076 0.5980 0.7142 0.5007

9 11:55 8 5.7 0.9031 0.7559 0.6826 0.8156 0.5713

10 11:56 9 6.3 0.9542 0.7993 0.7628 0.9106 0.6389

11 11:57 10 6.8 1.0000 0.8325 0.8325 1.0000 0.6931

13 11:59 12 7.8 1.0792 0.8921 0.9627 1.1646 0.7958

14 12:00 14 9.4 1.1461 0.9731 1.1153 1.3136 0.9470

15 12:02 16 10.5 1.2041 1.0212 1.2296 1.4499 1.0428

16 12:04 18 11.6 1.2553 1.0645 1.3362 1.5757 1.1331

17 12:06 20 12.2 1.3010 1.0864 1.4134 1.6927 1.1802

19 12:10 24 13.3 1.3802 1.1239 1.5512 1.9050 1.2630

20 12:15 29 16.8 1.4624 1.2253 1.7919 2.1386 1.5014

21 12:20 34 19.4 1.5315 1.2878 1.9722 2.3454 1.6584

22 12:25 39 21.7 1.5911 1.3365 2.1264 2.5315 1.7861

24 12:36 50 27.7 1.6990 1.4425 2.4507 2.8865 2.0807

25 12:46 60 32.2 1.7782 1.5079 2.6812 3.1618 2.2736

SUMA 21.9878 18.5945 23.0456 27.3805 19.4034

Tabla Nro.02 Datos Tiempo (to) y Lmina Infiltrada.

Figura Nro.01 Lmina Infiltrada Acumulada VS Tiempo Acumulado.

y = 0.803x1.045

R = 0.9371

0.1

1

10

100

1 10 100

Lm

ina

Infi

ltra

da

(cm

)

Tiempo Acumulado (mn)

HORA

TIEMPO

to

(min)

VELOCIDAD DE

INFILTRACIN

(cm/h)

LOGto=X LOG(I)=Y X*Y X2 Y2

1 11:47 - - - - - - -

2 11:48 1 66 0.0000 1.8195 0.0000 0.0000 3.3107

3 11:49 2 48 0.3010 1.6812 0.5061 0.0906 2.8266

4 11:50 3 48 0.4771 1.6812 0.8022 0.2276 2.8266

5 11:51 4 42 0.6021 1.6232 0.9773 0.3625 2.6349

6 11:52 5 36 0.6990 1.5563 1.0878 0.4886 2.4221

7 11:53 6 30 0.7782 1.4771 1.1494 0.6055 2.1819

8 11:54 7 36 0.8451 1.5563 1.3152 0.7142 2.4221

9 11:55 8 36 0.9031 1.5563 1.4055 0.8156 2.4221

10 11:56 9 36 0.9542 1.5563 1.4851 0.9106 2.4221

11 11:57 10 30 1.0000 1.4771 1.4771 1.0000 2.1819

13 11:59 12 30 1.0792 1.4771 1.5941 1.1646 2.1819

14 12:00 14 48 1.1461 1.6812 1.9269 1.3136 2.8266

15 12:02 16 33 1.2041 1.5185 1.8285 1.4499 2.3059

16 12:04 18 33 1.2553 1.5185 1.9061 1.5757 2.3059

17 12:06 20 18 1.3010 1.2553 1.6331 1.6927 1.5757

19 12:10 24 16.5 1.3802 1.2175 1.6804 1.9050 1.4823

20 12:15 29 42 1.4624 1.6232 2.3738 2.1386 2.6349

21 12:20 34 31.2 1.5315 1.4942 2.2883 2.3454 2.2325

22 12:25 39 27.6 1.5911 1.4409 2.2926 2.5315 2.0762

24 12:36 50 32.73 1.6990 1.5149 2.5738 2.8865 2.2950

25 12:46 60 27 1.7782 1.4314 2.5452 3.1618 2.0488

SUMA 21.9878 32.1575 32.8485 27.3805 49.6165

Tabla Nro.03 Datos Tiempo (to) y Velocidad de Infiltracin.

Figura Nro.02 Velocidad Instantnea de Infiltracin VS Tiempo Acumulado.

y = 53.538x-0.188

R = 0.4145

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70

Vel

oci

dad

inst

ant

nea

(cm

/min

)

Tiempo Acumulado (mn)

B 0.8321

Ao 0.0120

A 1.0280

a 53.5380

b -0.1880

Tabla Nro.04 Parmetros obtenidos analticamente, para el anlisis del modelo de Kostiakov.

VII. DISCUCIONES

En la figura Nro. 01, se obtuvo el modelo matemtico = 0.8031.045, con un

2 = 0.9371, para lmina infiltrada acumulada, en el que y es el valor de

lmina infiltrada y x el tiempo de oportunidad. El valor de 2, nos indica la

homogeneidad de datos, siendo en este caso un valor relativamente

cercano a uno, lo cual nos permitir aceptar los valores para el modelo

matemtico.

En la figura Nro. 02, se obtuvo el modelo matemtico = 53.5380.188, con

un 2 = 0.4145, para Velocidad de Infiltracin, en el que y es el valor de

Velocidad Instantnea y x el tiempo de oportunidad. El valor de 2, nos

indica la homogeneidad de datos, siendo en este caso un valor muy alejado

a uno, lo cual no nos permitir aceptar los valores para el modelo

matemtico; este valor, de 2, es un valor predecible puesto que el valor de

y, es un valor afectado por la necesidad de aadir contenido de agua a los

cilindros infiltrmetros, para proseguir con las lecturas.

Los valores indicados en la tabla Nro. 04, son similares a los obtenidos de

manera grfica, de modo que podemos confirmar la validez de nuestros

resultados.

VIII. CONCLUSIONES

Segn la bibliografa revisada la velocidad de infiltracin depende, dentro

de muchos factores, principalmente del tipo de suelo y la estructura que el

mismo presente, en nuestro caso, la velocidad con la que el agua infiltraba,

fue relativamente elevada, por lo que podramos concluir que presentaba

una buena estructura, e incluso confirmara el tipo de suelo como un suelo

franco o franco arenoso.

Conocer la velocidad de infiltracin (cantidad de agua que ingresa por

unidad de superficie en un determinado tiempo), nos permite a travs de un

modelo matemtico, llegar a predecir el tiempo que se necesitar, para

reponer una cantidad de agua en el suelo (infiltracin acumulada) para

satisfacer la necesidad de un cultivo.

En la figura Nro. 01 y Nro. 02, se puede observar la lmina de infiltracin y la

velocidad, respectivamente, comparados respecto al tiempo. A partir de

estos, se concluye que la cantidad de agua infiltrada aumenta conforme

avance el tiempo, as como la velocidad de infiltracin, es inicialmente

elevada, para luego pasar a convertirse en una seguidilla de datos casi

constantes, obteniendo as la infiltracin bsica.

IX. RECOMENDACIONES

La instalacin de los cilindros en terreno debe ser cuidadosa, de modo de

alterar el mnimo posible el suelo, ya que de ocurrir esto se distorsionan las

medidas de infiltracin.

Se recomienda la instalacin de los Cilindros Infiltrmetros en la parte central

del terreno y/o en una zona donde el suelo no presente problemas de

compactacin, de tal manera se logre obtener datos representativos.

En un trabajo de campo real, se debe tener presente diversos factores, tales como la temperatura, compactacin, textura del suelo, entre otros; puesto

que depender de una adecuada interpretacin, de estos factores, la

validez de los resultados.

X. BIBLIOGRAFA

Gobierno de Chile, Servicio de Evaluacin Ambiental (2013). DETERMINACION

DE LA VELOCIDAD DE INFILTRACIN. (En Lnea).

http://seia.sea.gob.cl/archivos/metodo_cilindro_rrwine.pdf (07 Octubre 2013).

Gobierno de Chile, Proyecto SEPOR (Servicio de Programacin y

Optimizacin del Uso de Agua de Riego), (2012). INFILTRACIN DEL AGUA

EN EL SUELO. (En Lnea).

http://www.sepor.cl/informacion_cartillas/S106_Cartilla_Infiltracion_del_agu

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MARANO, Paulo. Universidad Nacional del Litoral, Facultad de Ciencias

Agrarias Ctedra Diagnstico y Tecnologa de Aguas. PRCTICA NRO. 02 -

INFILTRACIN DEL AGUA EN EL SUELO. (En Lnea).

http://www.unl.edu.ar/ceneha/uploads/PracticoInfiltracion.doc (07

Octubre 2013).

VSQUEZ, Absaln. RIEGO - PRINCIPIOS BSICOS, Per, UNALM, 1988,

Primera Edicin.

XI. ANEXOS

Figura Nro.01 Cilindros Infiltrmetros.

Figura Nro.03 Instalacin de los Cilindros Infiltrmetros.

Figura Nro.04 Ubicacin de la regla para efectuar lecturas.

Figura Nro.05 Ubicacin de Bolsa Plstica.

Figura Nro.06 Llenado de la corona circular de los Cilindros Infiltrmetros.

Figura Nro.07 Llenado del cilindro interno, previo a la toma de datos.

Figura Nro.08 Lectura de Infiltracin.