Hidrología superficial

Transcripción

1 Laboratorio de Hidráulica Ing. David Hernández Huéramo Manual de prácticas Hidrología superficial 7o semestre Autores: Héctor Rivas Hernández Juan Pablo Molina Aguilar Rukmini Espinosa Díaz Salatiel Castillo Contreras Colaboradores: Guillermo Benjamín Pérez Morales Jorge Leonel Angel Hurtado

2 3. CAPACIDAD DE INFILTRACIÓN Objetivo El alumno podrá determinar la capacidad de infiltración de un suelo a partir de la relación lluvia-escurrimiento, así como las variables que en esto implican. Con el fin de relacionarlo con el estado natural del suelo. Aplicación. La infiltración es un movimiento del agua de la superficie hacia el interior del suelo, producido por la acción de las fuerzas gravitacionales y capilares, ésta juega un papel importante en la relación lluvia-escurrimiento y por lo tanto en los problemas de diseño y pronóstico asociados al dimensionamiento y operación de las obras hidráulicas. Alimenta al agua subterránea y a la vez a la mayoría de las corrientes en el periodo del estiaje; reduce las inundaciones y la erosión del suelo. Desarrollo La práctica se desarrollará en el dispositivo de capacidad de infiltración. Material y Equipo Cubeta. Minilimnímetro. Cronómetro. Flexometro. Muestra de suelo (Limo Arenoso). Definiciones, fórmulas y unidades a utilizar Infiltración. La infiltración es el proceso por el cual el agua se introduce en el suelo desplazando poco a poco el aire contenido en los espacios de su interior. En una primera etapa satisface el déficit de humedad del suelo en una zona de contacto, y posteriormente superado cierto nivel de humedad, pasa a formar parte del agua subterránea, saturando los espacios vacios. 1 Manual de Prácticas de Laboratorio

3 Superficie del terreno Nivel freático Infiltración Flujo subsuperficial Flujo subterráneo Salida de agua subsuperficial Salida de agua subterránea Figura 1. Zonas y procesos del agua subsuperficial. Los estratos de suelo o roca que permiten el flujo de agua se denominan medios porosos. El flujo es no saturado cuando el medio poroso todavía tiene algunos de sus vacios ocupados por aire y es saturado cuando los vacios están llenos de agua. El nivel freático es la superficie donde el agua se encuentra a presión atmosférica, por debajo del nivel freático, el medio poroso se encuentra saturado. Como la infiltración en un suelo va ocupando los vacios por agua, es importante conocer como se forman los vacios en dicho suelo, es por ello que los arreglos cristalinos determinan los vacios en un material. Estructura del suelo. Se refiere al arreglo de las partículas del suelo con respecto a las tres dimensiones del espacio, a su forma de unión y a sus aglutinantes, lo cual permite conocer la discontinuidad del suelo en cuestión y los espacios huecos que posee, que son los conductos para el agua y el aire, necesarios para el desarrollo de las plantas. La 2 Manual de Prácticas de Laboratorio

4 estructura de los suelos puede ser granular, migajosa, angular, subangular, prismática, columnar y laminar. Una medida de los vacios en un suelo o material es la porosidad, la cual es índice directamente proporcional con los vacios. Porosidad. Es el porcentaje del volumen que ocupan los huecos o espacios vacíos del suelo en relación con el volumen total. Mientras mayor sea la porosidad en un suelo mayor será la capacidad de infiltración. Cuando el suelo esta reteniendo el agua se dice que se esta humedeciendo, es decir, el agua esta llenando los vacios del suelo. Humedad. Cantidad de agua contenida en los poros (vacios), cabe mencionar que una parte de los vacios es ocupada por agua y el resto por aire: Agua Aire Agua Aire Grano de Arena Roca Material Granular Roca Fracturada 3 Manual de Prácticas de Laboratorio

5 El volumen ocupado por agua se mide utilizando el contenido de humedad del suelo θ que se define como: Cuando el suelo se encuentra saturado el contenido de humedad es igual a la porosidad. Cabe mencionar que el contenido de humedad es parte fundamental en la infiltración, pues es la pauta del inicio de ésta. A pesar de esta extraordinaria relación nos enfocaremos a la parte de la infiltración estrictamente hablando, ya que el contenido de humedad del suelo se ve en prácticas de Mecánica de Suelos. Capacidad de Infiltración. Es la cantidad máxima de agua que se puede introducir en un suelo por unidad de superficie horizontal y por unidad de tiempo. Se mide por la altura de agua que se infiltra, expresada en mm/hora. La capacidad de infiltración disminuye hasta alcanzar un valor casi constante a medida que la precipitación se prolonga, y es entonces cuando se empieza el escurrimiento superficial. PROCEDIMIENTO. 1. Colocar una muestra de suelo dentro del recipiente hasta una altura de 10 cm. 2. Se cubre la superficie de la muestra y las paredes de la cubeta con un plástico lo más adherido posible así mismo se vierte agua hasta alcanzar el máximo nivel. 3. Se coloca el minilimnímetro y se mide la carga inicial de agua (Hi). 4. Se retira el plástico y en el mismo instante se inicia el registro del tiempo con el cronometro. 5. Se harán lecturas del tirante a diferentes intervalos de tiempo, registrando los datos en la tabla La prueba termina cuando las lecturas del tirante varíen muy poco. Para el llenado de la tabla se tiene: Ai (cm) = Δh x Ci (1) Ia (cm) = Σ Agua infiltrada (2) Vm (cm/min) = Ia / T (3) Donde: Ai = agua infiltrada (cm). 4 Manual de Prácticas de Laboratorio

6 Ia = Infiltración acumulada (cm). Vm = Velocidad media (cm/min). Ci = coeficiente de infiltración (cm) UMSNH Facultad de Ingeniería Civil Datos: TABLA 3.1. D = cm. Hi = cm. A = cm. Ci = Hi (1) T (2) h (4) Δh (5) Agua Infiltrada (6) Infiltración Acumulada (7) Velocidad media (min) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm/min) Actividades 1. Elaborar la curva de infiltración media (tiempo VS velocidad media) y determinar la capacidad de infiltración (área bajo la curva de infiltración media). 2. Graficar tiempo VS Δh (curva de infiltración directa). 3. Investigar los factores que afectan la capacidad de infiltración. 4. Mencionar algunos de los métodos utilizados para determinar la capacidad de infiltración. 5 Manual de Prácticas de Laboratorio