PRUEBA DE INFILTRACION INFILTRACION Y PRUEBA DE CONDUCTIVIDAD C ONDUCTIVIDAD HIDRAULICA POR MÉTODO DE ANILLO DE INFILTRACION, INFILTRACION, MÉTODO DEL POZO BARRENADO INVERSO (PORSCHE) Y EL METODO DEL POZO BARRENADO, EN LA FINCA LA VEGA DEL DEPARTAMENTO DEL HUILA.
JENIFER ALEXANDRA ALEXANDRA MAYORGA MAYORGA có.!"##$"%%"&$ JUAN FERNANDO CASTRO CHANVEZ có.! "##'&%'&&' "##'&%'&&' DIANA FERNANDA BERNAL BERNAL SANCHEZ có.! "##$&%#$ "##$&% #$
P*++-/0 / ARMANDO TORRENTE P1. D
UNIVERSIDAD SURCOLOMBIANA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA AGRICOLA DRENAJES AGRICOLAS NEIVA 2 HUILA MAYO 2 "#&
&. INTR INTROD ODUC UCCI CION ON
Esta salida de campo realizada el 19 de abril del 2013, tiene el fin de identificar los parámetros hidrodinámicos del suelo con fines de observación de las eficiencias en sus sistemas de drenaje. a hacien hacienda da La Vega Vega se encuentra ubicada a un lado de nuestra !ran fuente h"drica, el rio ma!dalena, sobre una posición de terraza baja, ad#acente a la mar!en iz$uierda de este importante rio. %us suelos son de formación aluvial, es decir el ori!en !eoló!ico es formación por depó depósi sito toss de sedi sedime ment ntos os.. En el dia! dia!nó nóst stic ico o del del dren drenaj aje e es impo import rtan ante te la comunicación comunicación con el administrador, administrador, propiet propietario ario o ma#ordomo, entrar entrar en diálo!o diálo!o con ellos para de esta manera conocer los antecedentes antecedentes de la zona, como lo son los cultivos, el manejo del a!ua, las labores de preparación de adecuación # es una información mu# importante $ue va a permitir hacer un buen dia!nóstico del área a analizar. En esta práctica se realizaron un conjunto de t&cnicas $ue permiten al a!ricultor, in!eniero a!r"cola, u otros interesados, saber los e'cesos de a!ua $ue puede poseer el suelo # la forma de eliminarlo eliminarlo con el objetivo de proporcionar proporcionar a este, un medio adecuado para su desarrollo # su favorable rendimiento o mantenimiento. En el estu estudi dio o del del movim movimie ient nto o del del a!ua a!ua en el suel suelo, o, la deter determi mina naci ción ón de la conductividad hidráulica # la capacidad de infiltración es mu# importante, con esto evidenciamos la presencia de macro poros, micro fauna o !rietas (con erosión), con estas t&cnicas podemos hacer un análisis con la tasa de infiltración una caracter"stica f"sica importante del suelo, la cual nos puede definir la capacidad $ue tiene este de absorber la lluvia. a ve!etación demuestra ser un parámetro mu# importante $ue incrementa la capacidad de infiltración de los suelos influenciando tiempo # duración de la escorrent"a, as" como las propiedades del suelo en este caso de te'tura franco arenoso, #a $ue son las $ue !obiernan el movimiento dentro del suelo # su distribución durante # despu&s de la infiltración.
". OBJETIVOS
".& G+-+*/3 *ealizar, observar # dia!nosticar mediante las pruebas de infiltración # conductividad hidráulica empleando los m&todos de pozo barrenado inverso (+orche), pozo barrenado (u!er -ole) # anillo simple, la capacidad de retención # paso de a!ua a trav&s del suelo de en la hacienda La Vega del departamento del -uila.
"." E4+c567c0. /eterminar la profundidad de los pozos barrenados # su nivel freático para el debido dia!nóstico de drenaje en la zona. plicar las ecuaciones para infiltración del suelo, del autor espec"fico Kostiakov # analizar resultados de este modelo matemático. lasificar el suelo de acuerdo a su velocidad de infiltración, mediante los "tems mu# lento, lento, moderadamente lento, moderadamente rápido, rápido # mu# rápido. Evaluar el suelo en función de la te'tura # estructura de este con respecto a los datos finales de las pruebas de infiltración # conductividad.
. MARCO CONCEPTUAL
•
3.1. INFILTRACIÓN: Es el proceso por el cual, el a!ua de la tierra in!resa al suelo, es un proceso hidroló!ico mu# importante en los conceptos de drenaje por donde in!resa a!ua a una superficie de suelo en terrenos naturales no inundados, a trav&s del lecho de un r"o, cauce natural o artificial, etc.
Fig. 1. Proceso de infltración del
El a!ua $ue da ori!en a la infiltración proviene de lluvias, a!ua de depresiones, de cursos de a!ua o rie!o a!r"cola. a infiltración está !obernada por dos fuerzas la !ravedad # la acción capilar, $ue son a#udas fundamentales a la hora del in!reso de a!ua al suelo, #a $ue por los poros pe$ueos se empuja el a!ua por acción capilar # as" mismo por la fuerza de !ravedad. En estos aspectos jue!an un papel mu# importante la te'tura # estructura del suelo, as" como la ve!etación, contenido de a!ua del suelo, temperatura e intensidad de precipitación en la zona. a infiltración puede realizarse a cual$uier velocidad, desde nulo hasta la denominada capacidad de infiltración del mismo. %i la intensidad de lluvia es menor $ue la capacidad de infiltración no debe ser llamada capacidad, sino velocidad de infiltración. +uede haber infinitas velocidades de infiltración pero e'iste una sola capacidad para un tiempo # un suelo determinado.
3.1.1 ECUACIONES DE CAPACIDAD DE INFILTRACIÓN: -a# varias formas de estimar el volumen #o la tasa de infiltración del a!ua en un suelo. l!unos m&todos de valoración e'celentes son +3 8900 V+*+2A84, +3 8900 + SCS, +3 8900 + H0*0-, :07/;0<,P17374, H03/- = 3/ 3+= + D/*c=. /aremos a conocer 2 de &stos
.&.&.&. Fó*8>3/ + :07/;0
B
t
/ónde 4 ámina total infiltrada en cm. t tiempo de infiltracion en (min) conste de infiltracion (te'tura). 6 e'ponente (suelo)
.&.&.".
F0*8>3/ + H0*0- la ecuación propuesta es del tipo e'ponencial ne!ativa,
/ónde 4t 5 tasa de infiltración en el tiempo t. 4i 5 tasa de infiltración inicial (t5 0) 4b 5 tasa m"nima de infiltración (asintótica) t 5 tiempo desde el inicio de la lluvia. 7 5 constante, $ue depende del suelo, de la ve!etación # del t de variación entre 3. CONDUCTIVIDAD !IDR"ULICA: E'presa la aptitud de un medio poroso como lo es el suelo para transmitir a!ua a trav&s de &l. E'iste la conductividad en suelos saturados # no saturados, en los saturados (8s) el espacio poroso está lleno de a!ua, #a $ue estos suelos viven con una capa de a!ua circulante en ellos.
os no saturados (8), es donde el volumen de los poros del suelo están parcialmente llenos de a!ua # son suelos $ue se secan # solo se humectan por un determinado tiempo. umerosos m&todos se utilizan con el fin de determinar la conductividad hidráulica en un suelo, entre los $ue se deben hacer por laboratorio tenemos permeámetro con car!a constante # con car!a variable, permeámetro de pozo con car!a constante, permeámetro de disco, permeámetro con entrada de aire, etc. : entre los m&todos de campo están m&todo del piezómetro, m&todo inverso del a!ujero de taladro, m&todo del doble tubo, infiltrómetros, etc. a de!radación de los suelos altera las caracter"sticas hidroló!icas del medio, al reducir la infiltración # aumentar la escorrent"a. Es por eso $ue conocer la capacidad de infiltración de un suelo determina $ue, indirectamente podamos conocer, por una parte, la cantidad de a!ua $ue se pierden por escorrent"a # el a!ua $ue recar!a los horizontes del suelo # $ue es susceptible de ser aprovechada por las ra"ces de las plantas. Esta propiedad es la habilidad del suelo saturado de permitir el paso del a!ua. Este valor es necesario en las fórmulas de drenaje del suelo referentes al e'ceso de a!ua $ue penetra en un suelo # lle!a a tocar el nivel freático, determinado por el clima # la conductividad hidráulica del suelo. a determinación de las conductividades hidráulicas de los horizontes de un perfil de suelo es la forma más e'acta para evaluar la clase de permeabilidad de a$uella parte del perfil $ue se moja durante una lluvia.
?. METODOLOGIA Y AN@LISIS DE RESULTADOS ?.& 30c/37/c7óa práctica se llevó acabo en la hacienda la ve!a, ubicada hac"a la mar!en iz$uierda del r"o ma!dalena, en el departamento del -uila. a finca cuenta con apro'imadamente 31 -a, tiene buen drenaje interno, cultivan pasto para corte, frutales, plátano, arroz, ma"z # !anader"a. El suelo posee un buen contenido de humedad, por las lluvias en las horas de la madru!ada. a humedad en porcentaje !ravim&trico está apro'imadamente alrededor de 1;20<. =ierra !rado 1, terraza plana de clase a!roló!ica 1.
?." M900 /) P*>+/ + 7-673*/c7ó-! /-7330 0 c737-*0 7843+.
Fig. 2 Prueba del anillo
onsiste en un cilindro abierto $ue se introduce en el suelo, someti&ndose a una car!a de a!ua # se mide el volumen de este l"$uido $ue es drenado por unidad de tiempo, lo $ue constitu#e el t&rmino $ue se conoce como capacidad de infiltración. a profundidad de instalación debe ser pe$uea para minimizar la alteración del suelo, aun$ue ha# variedad de información acerca de esto #a $ue al!unos autores determinan esta profundidad a escasos > cm # otros han utilizado hasta las 30 cm o más. En nuestra práctica se utilizó el procedimiento con car!a de a!ua constante, donde se encharcó el cilindro, # se midió as" la altura del a!ua infiltrada a cada intervalo de tiempo, obteniendo una velocidad lenta de infiltración. o $ue se hizo, en primer lu!ar fue ubicar donde se llevar"a a cabo la prueba de infiltración, #a $ue se debe contar con las caracter"sticas esenciales como poca humedad en el suelo, maleza # rocas de manera $ue no se dificulte el movimiento del a!ua # no afectar la muestra. %e limpia el lu!ar de muestreo # se procede a colocar el anillo o cilindro, lo anclamos al suelo con una pala sellando una parte afectada $ue ten"a el cilindro, # se!uidamente se inicia con el vertimiento de a!ua, calculando inmediatamente con un cronómetro los tiempos por minutos hasta lle!ar a la hora midiendo con una re!la la infiltración en el suelo.
D/0 +3 >+30! F7-c/! la ve!a. T+>*/ franco arenosa. H>8+/ 20< TABLA &. PRUEBA DE INFILTRACION. REGISTRO DE DATOS. T7+840 (87-)
L+c>*/ (c8)
# & " ? &# & # ? #
&%, &% &,' &,'# &,' &,' &,' &,$ &,$# &,$ &,%
I-c*+8+-0 3+c>*/ (c8) # #, #,# #,# # # # #,# #,# # &
I-673*/c7ó/c>8>3// (c8) # #, #, #, #, #, #, #, #,% #,% #,$
Lámina infltrada 0.8 0.7
R² = 0.99
0.6 0.5 0.4
K
0.3 0.2 0.1 0 0
10
20
30
40
50
60
F7>*/ . V+30c7/ + 7-673*/c7ó- 0*+ 7+840
70
S03>c7ó- +3 4*03+8/ 40* +3 8900 + :017/;0
A t
7
a t
B
b
ecuación de lámina de infiltración. ecuación de tasa de infiltración.
+rocedemos a insertar datos a la calculadora desde el minuto 1, hasta el minuto ?0 (hora) para encontrar A, B = *. en el s"mbolo de re!resión, seleccionando lue!o +@r. =enemos entonces $ue
0,>139 6 0,092 r 0,9>> b 0,90;
/onde r A 1 perfecta. B50,9 buena. B50,C aceptable. /emostración para infiltración acumulada e infiltración hechos con los valores constantes ,6 # r. I ( mm ) = Ax t
B
(
) =0,513 x 10,092=0,5139
(
) =0,5139 x 600,092=0,75
I mm
I mm
b
i =a∗t
−
i =0,5139 ∗0,092∗60 t
−
i =2,84 ∗1
0,908
=
0.908
2,84
0,908
−
i =2,84∗60
=
0,07
T/3/ ". V/30*+ + INFILTRACION Y TASA DE INFILTRACION T7+840(87-)
I-673*/c7ó- Ac>8>3// (88)
I (88)
7 (88)
& " ? &# & # ? #
#, #, #, #, #, #, #, #,% #,% #,$
#.& #. #.% #.$ #.# #.? #. #.%# #.% #.%
".$? &.& &.# #.$& #. #. #."? #.& #.#' #.#%
Tasa de infltracion 0.8 R² = 1
0.6 0.4 0.2 0 0
10
20
30
40
50
60
F7>*/ ?. T// I-673*/c7ó- +- +3 >+30.
70
Infltración 3 R² = 1 2
1
0 0
10
20
30
40
50
60
70
F7>*/ . I-673*/c7ó- +- +3 >+30. T/3/ . C/3c>30 + 7+840 7c0 TIEMPO! # 87-
2 &#. 2## (2#,'#$) ??,$ =eniendo el tiempo básico de infiltración, hallamos la infiltración básica del suelo
7 5 2,;D (>DD,;) 0,90; 7 5 0,00930C cmh T/3/ ?. C3/767c/c7ó- + 7-673*/c7óCLASIFICACION u# lenta enta oderadamente lenta oderada oderadamente rápida *ápida u# rápida
I (c81) F 0,10 0,1 G 0,> 0,> G 2.0 2,0 G ?,3 ?,3 G 12,C 12,C G 2>,D B2>, D
A-377 +3 8900! /e una tasa de infiltración tan baja como la $ue se obtuvo, podemos concluir $ue +ueden haber diferencias intr"nsecas entre los suelos e inclusiones de diferentes materiales en los horizontes.
Hariabilidad de los factores ambientales como lo fue la lluvia ocurrida la noche anterior a la toma de la muestra. as 4nfluencias culturales del hombre a!ricultura, !anader"a, etc, presentes en la finca. ctividades de flora # fauna. ambios usuales en la distribución del !radiente hidráulico dentro del sistema de flujo del a!ua en el suelo. /iferentes dimensiones del diámetro del cilindros. /eficiencias en el anillo de infiltración al poseer una fu!a a un costado de este.
) P*>+/ + c0->c7<7/ 17*>37c/! 8900 +3 400 /**+-/0 7-<+*0 (P0*1+)! &todo del pozo barrenado inverso. Es inverso por$ue no encontró nivel freático. on una +rofundidad >2,> cm en el terreno, # en el suelo depositado en la bolsa ne!ra era de ?0 cm, lo $ue si!nifica $ue hab"a un error de C.> cm. El m&todo se basa en lecturas del desnivel del a!ua dentro del pozo en función del tiempo, estas lecturas se realizan una vez lo!rado $ue el suelo ha#a sido saturado previamente.
Fig.4 método de pozo
T/3/ . D/0 08/0 4/*/ 4*>+/ +3 400 /**+-/0 7-<+*0
P*>+/ T7+840 (87-) L+c>*/ (c8) # && & &",% " &, &?,& ? &?,$ &,? &,$ % &,? $ &,$ ' &%,& &# &%, O+*+30! 10 # * >3
Fig.! color del suelo" fnca la
CALCULO DE CONDUCTIVIDAD !IDR"ULICA EN SUELO FINCA LA VE#A
P*06>-7/ +3 -7<+3 6*+7c0 >> cm P*06>-7/ +3 400! >2,> cm D78+*0 +3 400! C,C? cm
(
432∗( 3,88 )∗ln ( 52,5 ) + K =
3,88 2
) ( −
ln 35,2 +
3,88 2
)
600 −0 K =1,06 m / día
uando 8 F a 0,> md"a, se dice $ue es una conductividad hidráulica mu# baja. uando 0,> F 8 F 3 se dice $ue es una conductividad moderadamente rápida.
T/3/ ?. C3/767c/c7ó- + /c>+*0 / 3/ c0->c7<7/ 17*>37c/. CLASIFICACION u# lenta enta oderadamente lenta oderada oderadamente rápida *ápida u# rápida
: (85/) F 0,03 0,03 G 0.12 0,12 G 0,> 0,> G 1,> 1,> G 3,0 3,0 G D,> B D,>
CONCLUCION! omparado con el resultado arrojado por el anillo cil"ndrico, esta prueba tiene una diferencia si!nificativa en su porcentaje de error, #a $ue en un suelo franco arenoso como el de la finca la ve!a, deber"an dar buenas infiltraciones como lo $ue confirma este ensa#o. s" se ha#an presentado factores e'ternos en el ensa#o anterior, este determina a fondo la conductividad del suelo, con datos confiables, # menos error en su resultado.
c) P*>+/ + c0->c7<7/ 17*>37c/! M900 +3 400 /**+-/0 (/>+* 103+)! se trata de un m&todo relativamente simpleI por medio de un barreno se perfora un pozo hasta una profundidad entre ?0 # 90 cm por debajo del nivel freático o e$uivalente a > o 10 veces el diámetro del pozo. ue!o del perforado del pozo se debe permitir $ue el nivel del a!ua en el pozo alcance e$uilibrio estático con el nivel freático. onse!uido esto, se e'trae a!ua del pozo en el menor tiempo posible por medio de un tubo cil"ndrico o vaciador, provisto de una válvula de pie accionada por un cable, procurando $ue el pozo $uede casi completamente vac"o. %e inician las lecturas de recuperación del nivel de a!ua en el pozo a diferentes intervalos de tiempo. %e marca el nivel freático con una cinta, # se procede a retirar el a!ua en el menor tiempo posible. El diámetro del pozo no es i!ual al del barreno, debido
principalmente a $ue el pozo puede con facilidad sufrir erosión durante la perforación.
A-377 +3 8900! Encontramos arenas hasta una profundidad de apro'imadamente ?0 cm, lue!o se observa otro horizonte de un color oscuro a !ris, por la presencia de materia or!ánica en este, descomposición de tallos, !rasas # demás. %e detiene el proceso despu&s de encontrar el nivel freático a los ?0 cm # no poder escavar más #a $ue hubo impedimento por cascajos prácticamente a los D0 cm # empezamos a encontrar fra!mentos de roca.
. ANEXOS
Fig. # métodos del pozo barrenado
Anexo 1
Anexo 2
Anexo 3
Anexo 4
Anexo 5
Anexo 6
2
2
2 2
2
. B7370*/65/ 4nfluencia de diferentes tratamientos de laboreo con tracción animal en la infiltración # la conductividad hidráulica de un suelo Jerral"tico *ojo. =omada de la @eb httpscielo.sld.cuscielo.phpKpid5%20C1 00>D2011000200010Lscript5sciMartte't edida de la conductividad hidráulica saturada del suelo con el infiltrómetro de +hilip G dunne aplicabilidad # limitaciones. =omado de la @eb httpabe.ufl.educarpenafilespdfzonaMnoMsaturadapro!resosMenMlaMinv esti!acionMv3p009020.pdf =ecnolo!"as de tierras # a!uas 4 G infiltración. =omado dela @eb http@@@.fca.uner.edu.aracademicasdeptoscatedrasrie!orchivosap <200D<20<204nfiltracion.pdf metodolo!"a para prueba de anillos de infiltración presentada por in!. a!ronomo. jhonier rodri!uez. =omado de la @eb http@@@.buenastareas.comensa#osetodolo!<3</a+ara+rueba /enillos/e2?0C>>>.html Nniversidad de hile /epartamento de 4n!enier"a ivil +ro#ecto EE%N+ N- 0303 odernización e 4nte!ración =ransversal de la Enseanza de +re!rado en iencias de la =ierra. =omado de la @eb
2
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httpmct.d!f.uchile.cl*E%-idroMO/3Puia<20Estudiantes<204nfiltr
4J4=*4O. =omado de la @eb http[email protected]in!enieria a!roforestalhidrolo!iadesuperficies#conservaciondesuelosoc@marta pdf=ema>.pdf S4%4% /E U=O/O% /E E%=44V /E O/N=4H4// -4/*SN4 %=N*/ E %NEO% /EP*//O% . oello1 , 6. /e 6iWvre1 , E. +acheco1 , +. isneros1. =omado de la @eb httpceer.isa.utl.ptc#ted200Cecuador200C;Moello.pdf onductividad hidráulica para drenaje de campos a!r"colas. =omado de la @eb httpboo7s.!oo!le.esboo7sK id5aa>n/#r>N*DLp!5+1>Llp!5+1>Lots5?Pbm>Nh%sLd$5metodos AdeApozoAbarrenadosLhl5esXv5onepa!eL$Lf5false
