Movimiento del agua en el suelo. Determinación de la velocidad de infiltración con cilindros infiltrómetros (página 2)

Variaciones de la capacidad de infiltración

Pueden ser clasificadas en dos categorías:

• Variaciones en áreas geográficas debidas a las condiciones físicas del suelo.

• Variaciones a través del tiempo en una superficie limitada:

a) Variaciones anuales debidas a la acción de los animales, deforestación, etcétera.

b) Variaciones anuales debidas a diferencias de grado de humedad del suelo, estado de desarrollo de la vegetación, temperatura, etcétera.

c) Variaciones a lo largo de la misma precipitación.

Medida de la infiltración

La determinación de la infiltración se puede hacer empleando lisímetros o parcelas de ensayo, de manera análoga a la medida de la evaporación y de la evapotranspiración desde el suelo.

El aparato que se usa es muy sencillo, es el infiltrómetro. El más común consiste en un cilindro de 15 cm de largo y fijo, aproximadamente de 20 cm; se pone en él una determinada cantidad de agua y se observa el tiempo que tarda en infiltrarse. A este aparato se le atribuyen algunos defectos: el agua se infiltra por el círculo que constituye el fondo, pero como alrededor de él no se está infiltrando agua, las zonas del suelo a los lados del aparato participan también en la infiltración, por lo tanto, da medidas superiores a la realidad. El error apuntado se corrige colocando otro tubo de mayor diámetro (40 cm) alrededor del primero, constituye una especie de corona protectora. En éste también se pone agua aproximadamente al mismo nivel, aunque no se necesita tanta precisión como en el del interior; con ello se evita que el agua que interesa medir se pueda expandir La medición es menor que la que se hubiera obtenido antes y más concordante con la capacidad real del suelo.

Hay otro método que no utiliza aparato alguno, sino simplemente consiste en hacer un agujero de dimensiones conocidas en el suelo. Se llena de agua hasta cierta altura y se mide la variación de esa altura a través del tiempo. Como la infiltración se produce tanto por el fondo como por las paredes, el caudal infiltrado será igual a la superficie del cilindro por el coeficiente de infiltración.

Infiltrómetro de cilindros concéntricos

Este procedimiento es mucho menos exacto que el anterior, pues partiendo de un suelo seco, al inicio la infiltración horizontal es igual a la vertical, sin embargo, para un período determinado, la infiltración vertical domina sobre la horizontal; pero, por no requerir aparato alguno, se puede improvisar en cualquier caso.

También se puede determinar la capacidad de infiltración considerando una cuenca que esté perfectamente controlada, de la que se tengan datos muy precisos de precipitación, evaporación y escurrimiento. Así, conociendo estos términos, se puede determinar la infiltración. Este método es el ideal, aunque es el más difícil de operar, por ello sólo es aplicable en cuencas de ensayo, para confrontar con datos medidos por otros procedimientos

HUMEDAD DEL SUELO

• a)  El suelo y el agua

El suelo, desde el punto de vista hidrológico, es un depósito o almacén de agua cuya capacidad para retenerla y contenerla depende de sus propiedades físicas:

• b)  Textura del suelo.

Es la composición física de un suelo, se refiere al porcentaje con el que se presentan los diversos materiales constitutivos de un suelo. La clasificación internacional de éstos con respecto a su tamaño es la siguiente:

Complemento de la clasificación anterior es la trilineal, en la que se combinan tres elementos: arcilla, limo y arena, y según el porcentaje en que se presenta cada uno, se establecen nueve tipos de suelo con las denominaciones siguientes

• Suelos arenosos

• Suelos areno limosos

• Suelos areno arcillosos

• Suelos limosos

• Suelos limo arenosos

• Suelos limo arcillosos

• Suelos arcillosos

• Suelos arcillo arenosos

• Suelos arcillo limosos

• Suelos francos cuando se presenta igual proporción porcentual de arena, limo y arcilla.

• c) 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 estructura de los suelos puede ser granular, nuciforme, filiforme, laminar, columnar, prismática, de bloque y amorfa.

La unión de los elementos de un suelo se efectúa por coloides, éstos pueden destruir su estructura ante la presencia de sales que al disolverse en el agua efectúan esa destrucción.

• d)  Densidad real o peso específico real.

Es el peso o densidad de las partículas que forman un suelo.

Normalmente su cifra es próxima a 2.6 g/cm3 (2.5 a 2.7 g/cm3).

• e)  Densidad aparente o peso específico aparente.

Es la relación entre el peso de un volumen de tierra tomado en el suelo y seco, y el peso del mismo volumen de agua. Este concepto tiene en cuenta la textura, la estructura y la compactación.

Datos medios de esta densidad son:

Suelos arenosos 1.40 -1.60

Suelos limosos 1.30 -1.40

Suelos arcillosos 1.10-1.30

Con las cifras anteriores se ve que las designaciones de suelos pesados y ligeros, arcillosos o arenosos, respectivamente, no reflejan las variaciones de densidad aparente; por el contrario, los más pesados son los de menos densidad aparente y los más ligeros son los de mayor densidad aparente. Los conceptos de suelo pesado o ligero se aplican en el manejo agrícola de los suelos.

• f) Porosidad.

Es el porcentaje del volumen que ocupan los huecos o espacios vacíos del suelo (llenos de aire o de agua) en relación con el volumen total.

Los datos de porosidad son:

40% en suelo medio

30% en suelos arenosos

40 a 50% en suelos arcillosos

• g)  Permeabilidad.

Se define como la velocidad de filtración de un suelo para el agua, cuando el gradiente

Hidráulico es la unidad.

Principios de hidrogeografía. Estudio del ciclo hidrológico Serie Textos Universitarios, Núm. 1

Darcy en 1856 estableció que:

Donde:

Q, Caudal infiltrado

K, Coeficiente de permeabilidad., de Darcy o conductividad hidráulica (cuando el suelo está saturado, cuando no, es conductividad capilar), expresado en dimensiones de velocidad.

S, Superficie de la sección transversal de flujo.

H / L, Gradiente hidráulico o gradiente de potencial del agua del suelo, también denominada I. Es la diferencia en el nivel de agua entre dos puntos (H), dividido por la distancia más corta entre esos dos puntos (L; De la

Lanza et al., 1999).

H, altura.

L, distancia, recorrido que realiza el agua.

Permeabilidades o Conductividades hidráulicas:

Suelos gruesos mayores de 100 mm/hora

Suelos ligeros 50 a 100 mm/hora

Suelos medios 10 a 50 mm/hora

Suelos pesados 5 a 10 mm/hora

Suelos muy pesados 1 a 5 mm/hora

Materiales y métodos

El equipo de campo se compondrá de de las siguientes piezas.

• Dos (2) cilindros de fierro, c/u en forma de un anillo de 45 cm. De diámetro, 50 cm. De largo y ¼ de grosor.

• Dos (2) cilindros de fierro, c/u en forma de un anillo de 30 cm. De diámetro, 60 cm. De largo y ¼ de grosor.

• Dos (2) metros de carpintero

• Un (1) cronómetro

• Una (1) comba de 9 libras.

• Bidones para agua.

• Dos (2) baldes para agua.

• Dos (2) mantas de material plástico

• Plancha de madera

• Hojas de registro.

METODOS PARA DETERMINAR CARACTERISTICAS DE INFILTRACIÓN, VELOCIDAD DE INFILTRACIÓN.

Es la velocidad de penetración del agua en el perfil del suelo cuando la superficie del terreno se cubre con una lamina delgada de agua.

MÉTODOS:

Pueden ser: Carga constante y Carga variable.

Cilindros simples.

• Cilindros dobles o infiltrómetros de cilindros.

• Surco Bloqueado.

• Medio surco bloqueado

Otros métodos:

• Método de pozas

• Caudal de entrada y salida.

INFILTROMETROS DE CILINDROS.- El infiltrómetro de cilindro es la manera más popular para establecer las características de infiltración de un suelo. Este método consiste en dos cilindros, se mantiene un registro de los niveles en el cilindro interior. Los cambios de niveles en este indican de agua infiltrada. El agua que infiltraba al cilindro exterior a la misma velocidad que el interior, asegura que el agua en el cilindro interior infiltre verticalmente.

Estos cilindros tienen las ventajas que son muy portátiles y requieren poca agua para su funcionamiento. Tienen una ventaja de q el área de infiltración es pequeña y a veces no es representativo del terreno en general. Esto puede requerir muchas pruebas en un terreno para llegar a un valor confiable para infiltración representativa. Otras desventajas son que a veces es difícil de instalación de éstos en terrenos pedregosos, y que la instalación tiene que ser sumamente cuidadosa para asegurar que no se disturba el suelo dentro del cilindro. Causando cambios en características de infiltración o infiltraciones a través de las paredes del cilindro.

INSTALACION

• Seleccionar el sitio para la instalación asegurando que este libre de fisuras, piedras, hóyales de animales, materia orgánica. Evitar sitios donde hay mucho pisoteo de animales o maquinaria

• Asegurar que el suelo escogido sea representativo del área bajo consideraciones o de variabilidad que se requiere medir

• Colocar el cilindro interior y con mucho cuidado introducirlo al terreno con el tablón y comba. El cilindro debe entrar verticalmente al terreno. Nunca se se tratara de introducir el cilindro pegando primero a un lado y luego al otro

• La profundidad de entrada al suelo debe ser de por lo menos 15 cm. La buena instalación del cilindro interior es mucho mas critica que el de cilindro exterior. La instalación de este cilindro es más profunda que le del exterior este cilindro es más largo.

FUNCIONAMIENTO:

• Llenar el cilindro exterior con agua a una profundidad de por lo menos 5cm. y mantener un nivel durante la prueba. La profundidad de este no es crítica pero siempre debe haber agua en este cilindro durante la prueba.

• Con el plástico o tela en el fondo él cilindro interior, para protección contra el golpe del agua, se lleva el cilindro a una profundidad de 10 – 12cm. lo más rápido posible.

• Quitar del cilindro interior el plástico o tela

• Hacer la medida inicial rápidamente después de echar agua en el cilindro para minimizar el error de infiltración durante el tiempo inicial. El cilindro debe estar marcado para que las medidas siguientes siempre se hagan en el mismo lugar.

• Registrar la medida y el tiempo correspondiente.

• Hacer medidas siguientes a intervalos periódicos y registrar los datos. Los intervalos iniciales pueden ser de 1, 2, 5 a 10 minutos al comenzar la prueba y luego de la primera hora se puede alargar estos intervalos cada 30 – 60 minutos.

• Se mantiene el nivel de agua de 7 – 12cm. durante la prueba entera. Cuando se agrega agua se asegura que el nivel se registre antes y después de llenar. Por diferencias en niveles se puede calcular el total de agua infiltrada a cualquier tiempo.

PROCEDIMIENTO EN EL CAMPO

• Primero se debe seleccionar el sitio para la instalación de la prueba y debe estar en un lugar libre de fisuras y piedras , materia orgánica etc.

• Se procede a marcar el cilindro para introducirlo y para que las medidas siguientes siempre se hagan en el mismo lugar

• Luego se instala el cilindro exterior como interior, se introduce el cilindro exterior 10 cm por debajo del suelo y debe estar nivelado. Como también el cilindro interior se debe introducir 15 cm bajo el suelo, estos se hacen con una madera y una comba

• Colocar la lamina de plástico dentro del cilindro interior para protección contra el golpe de agua

• Llenar el cilindro exterior con agua hasta una altura de 10cm mantener a la misma altura durante todo el tiempo de observación

• Llenar el cilindro interior con agua hasta una altura de 15 cm mantener a la misma altura durante todo el tiempo de observación

• Quitar el plástico del cilindro interior

• Hacer la medida inicial rápidamente después de echar agua al cilindro

• Registrar la medida y el tiempo correspondiente

• Hacer las medidas siguientes a intervalos periódicos y registrar los datos, estos intervalos se encuentra en la hoja

Definiciones básicas

Lamina acumulada.- cantidad de agua expresada en centímetros que se per cola en el suelo durante un tiempo determinado contado desde el momento de su aplicación. si graficamos en escala aritmética los diferentes valores de lamina infiltrada en los diferentes espacios de tiempo obtendremos una curva ascendente , una recta en caso que graficamos utilizando escala logarítmica.

Velocidad de infiltración.- es la relación entre la lamina que se infiltra y el tiempo que tarda en hacerlo. Se expresa en cm./hr o en cm./min. La velocidad de infiltración depende de muchos factores entre ellos.

• La lamina de riego o de lluvia

• La temperatura del agua o del suelo

• La estructura

• La compactación

• La textura

• El contenido de humedad del suelo

• La estratificación

• La agregación

• La actividad microbiana

• La configuración de la superficie de la parcela

Resultados

PRUEBA Nº 01

Departamento: Ayacucho suelo: Franco arcilloso

Lugar: centro experimental de CANAAN observaciones: suelo poco húmedo

Observador: Chaico Ventura Eleazar cultivo anterior: quiwicha

AJUSTE DE DATOS POR EL MÉTODO DE LOS MÍNIMOS CUADRADOS:

Dado el modelo:

INFILTRACION ACUMULADA

B.- VELOCIDAD DE INFILTRACION

VELOCIDAD DE INFILRACION INSTANTANEA

MUESTRA Nº 02

PRUEBA Nº 01

Departamento: Ayacucho suelo: Franco arcilloso

Lugar: centro experimental de CANAAN observaciones: suelo poco húmedo

Observador: Chaico Ventura Eleazar cultivo anterior: quiwicha

AJUSTE DE LOS DATOS POR EL METODO DE LOS MINIMOS CUADRADOS

• A) INFILTRACION ACUMULADA

Dado el modelo:

I cum = AToB

B = n ( ? Xi .Yi ) – ?Xi . ?Yi

n?Xi2 – (?Xi)2

B = 18 ( 26.686 ) – 21.174×18.523

18×31.362 -( 21.174)2

B = 0.759

Ao = ?Yi – B?Xi

n

Ao = 18.523 – 0.759×21.174

18

Ao = 0.136

A = anti log 0.136

A = 1.368

Finalmente tenemos:

Icum = AToB

Icum = 1.368 To 0.759

INFILTRACION ACUMULADA

• B) VELOCIDAD DE INFILTRACION

Dado el modelo:

VELOCIDAD DE INFILTRACION INSTANTANEA

PROMEDIO DE LAMINA DE INFILTRACION

PROMEDIO DE VELOCIDAD DE INFILTRACION INSTANTANEA

Resultados

Para el muestra Nº 01 se tiene una lámina de infiltración de 6.3 mm/hora, y de la muestra Nº 02 se tiene una lámina de infiltración de 8.4 mm/hora, por lo tanto para el suelo de centro Experimental de Canaán se tiene una Lamina de infiltración promedio de 8.4 mm/hora, del cual podemos clasificar al suelo de Canaán como un suelo franco Arcillos

Conclusiones y recomendaciones

6.1 CONCLUSIONES

• Los resultados obtenido en esta prueba estas en los parámetros lo mas confiable lo cual significa que la prueba se hizo de manera mas correcta

• Se determino la velocidad de infiltración del agua, mediante el cual podemos predecir de la textura del suelo la cual tiene franco arcilloso. Se determinó la clase de cultivos adaptable para el suelo, teniendo en cuenta la capacidad de retención del mismo.

• Se llego a entendedor la aplicación método del cilindro infiltro metro aplicando directamente en el camp lo cual nos da una idea para nuestros parámetros de diseño en sistema de riego en u n futuro proyecto de riego en esta campo experimental de la UNSCH

• Se llego a entender de una manera real practico la importancia de pruebas de infiltración en los campos.

6.2 RECOMENDACIONES

• Se recomienda seguir realizando trabajos como esto puesto que es de suma importancia para el estudiantado, su formación profesional.

• Se recomienda construir más cilindros infiltrometros para tener mayor precisión en los trabajos de investigación.

• el trabajo para esta prueba necesita mucha atención por parte del operador porque puede dar resultados falsos que perjudicaría los cálculos.

• es necesario hacer mayor cantidad de repeticiones para hacer una buena calibración

Bibliografía consultada

• Robinsón. W. "Los suelos"

• Velasco, L .J 1979. Física del sistema suelo – agua – planta.

• GUROVICH, L. 1985. Fundamentos y diseño de sistema de riego.

Instituto Interamericano de cooperación para la agricultura (CIIA).

Primera Edición, San José, Costa Rica. Capítulo 6. p. 143-168.

• OFICINA DEL REGANTE. 2002. Caracterización de la infiltración.

Gobierno de Aragón. Departamento de Agricultura, España.

http://web.eead.csic.es/oficinaregante/riego/a2/rsup4.html

• VÉLEZ, M., VÉLEZ., J. 2002. Capítulo 8: Infiltración. Universidad

Nacional de Colombia, Unidad de Hidráulica.

• http://poseidon.unalmed.edu.co/materias/hidrologia.html

• Absalón Vásquez, V., el riego principios básicos.

Autor:

Chaico Ventura Eleazar

Asignatura: Relación Agua – Suelo -Planta

Profesor: Ing. Jaime José Sánchez Isla

Día y hora de práctica : jueves 7 – 9 am.

Ayacucho – Perú

2010

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS

ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGRÍCOLA