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Infiltración - Coggle Diagram
Infiltración
Conceptos Fundamentales y Definiciones
Infiltración: Movimiento del agua a través de la superficie hacia el interior del suelo por acción de fuerzas gravitacionales y capilares.
Pérdidas Hidrológicas: Diferencia entre el volumen de agua que llueve y el que escurre en una cuenca.
Intercepción: Agua retenida en el follaje de las plantas o techos de edificios que no llega al suelo.
Retención en Depresiones: Almacenamiento en charcos que finalmente se evapora o se infiltra.
Importancia en Ingeniería: Fundamental para la relación lluvia-escurrimiento, diseño de obras hidráulicas y predicción de avenidas.
Descripción del Proceso de Infiltración
Capacidad de Infiltración (fp): Cantidad máxima de agua que el suelo puede absorber en condiciones de suelo seco al inicio de una tormenta.
Relación Intensidad-Infiltración (i vs f):
Si i < fp: Se infiltra toda la lluvia (f = i) y predominan las fuerzas capilares.
Si i > fp: La infiltración es igual a la capacidad del suelo (f = fp) y el exceso produce escurrimiento.
Tiempo de Encharcamiento (tp): Tiempo transcurrido desde el inicio de la lluvia hasta que se llenan las depresiones y comienza el flujo superficial.
Frente Húmedo: Límite inferior de la capa saturada que desciende a medida que el agua penetra.
Factores que Afectan la Infiltración
Físicos del Suelo: Textura, estructura, compactación y lavado de material fino.
Humedad: Contenido de humedad inicial y de saturación.
Superficiales: Cobertura vegetal (mejora la infiltración) y uso del suelo.
Ambientales: Temperatura y aire atrapado en los poros.
El Método de los Números de Escurrimiento (SCS - USSCS)
Origen: Desarrollado por el Servicio de Conservación de Suelos de EE. UU. para cuencas no aforadas.
Número de Escurrimiento (N o CN): Parámetro que depende del tipo de suelo, cobertura, pendiente y humedad antecedente.
Grupos Hidrológicos de Suelo:
Tipo A: Suelos muy permeables (arenas).
Tipo B: Arenas finas y limos.
Tipo C: Suelos con alto contenido de arcilla.
Tipo D: Suelos muy impermeables o arcillas densas.
Condición Antecedente de Humedad (AMC): Ajustes al valor de $N$ basados en la lluvia de los últimos 5 días.
Modelos Técnicos de Infiltración
Ecuación de Horton: Curva decreciente exponencial; utiliza constantes empíricas fo (inicial), fc (final) y k (atenuación).
Ecuación de Kostiakov: Relación de potencia basada en el tiempo (fp = cnt^{n-1}).
Modelo de Philip: Basado en la sortividad (S) y la conductividad hidráulica inicial.
Método de Green-Ampt: Basado en la física del suelo y el potencial en el frente húmedo; válido cuando la intensidad de lluvia supera la conductividad saturada (i > Ks).
Humedad del Suelo y Propiedades Geohidrológicas
Zonas del Suelo:
Zona Saturada: Poros llenos totalmente de agua.
Zona No Saturada (Zona de Aireación): Poros con agua y aire.
Tipos de Humedad:
Higroscópica: Película delgada no disponible para plantas.
Capilar: Agua que sube por tensión y es disponible para raíces.
Gravitacional: Agua que se mueve verticalmente hacia el acuífero.
Capacidad de Campo: Máximo almacenamiento de agua que el suelo puede retener contra la gravedad.
Punto de Marchitamiento: Nivel de humedad por debajo del cual las plantas no pueden extraer agua.
Criterio del Coeficiente de Escurrimiento (Ce):
Supone que las pérdidas son proporcionales a la intensidad de la lluvia.
Relación entre el volumen de escurrimiento directo (Ved) y el volumen llovido (Vll).
Índice de Precipitación Antecedente (IPA): Relaciona la capacidad de infiltración con la humedad del suelo basada en lluvias previas.
Medición e Instrumentación
Infiltrómetros:
Simuladores de Lluvia: Aplican agua de forma similar a la lluvia natural sobre una parcela.
De Carga Constante: Mantienen una lámina de agua fija sobre el suelo.
Tubos Concéntricos: Dos anillos para reducir el efecto de frontera y medir solo el flujo vertical en el centro.
Tensiómetro Agrícola: Mide la succión o tensión del agua en el suelo para determinar la necesidad de riego.
Lisímetros: Tanques enterrados que permiten el balance total de agua (precipitación, escurrimiento, percolación y evapotranspiración) a nivel de parcela.
Métodos Empíricos de Cálculo
Criterio de la Capacidad de Infiltración Media:
Representa la velocidad promedio de ingreso del agua al suelo.
Supone que la infiltración es constante durante toda la tormenta.
Se calcula mediante un proceso iterativo en hietogramas de diseño.