UNIVERSIDAD NACIONAL
TORIBIO RODRIGUEZ DE MENDOZA DE AMAZONAS
1. INTRODUCCION
La infltración el agua posee un rol undamental en los procesos de escorrentía como respuesta a una precipitación dada en una cuenca, dependiendo de su magnitud magnitud lluvias lluvias de iguales iguales intensidade intensidades, s, pueden producir caudales caudales dierentes. Así también lo es, el estudio estudio de la recarga de acuíeros. La infltración depende de muchos actores, por lo que su estimación confable es bastante diícil y es imposible obtener una relación r elación única entre todos los parmetros que la condicionan. !n este sentido, el proceso de iniltración de agua en el suelo ha sido intensamente estudiado debido a su importancia en el mane"o del agua agua en en la agricultura, agricultura, la conservación conservación del recurso recurso suelo, tratamiento de aguas residuales y otras actividades silvoagropecuarias. #or otra parte, la velocidad velocidad de infltración infltración determina determina la cantidad cantidad de agua de escurrimiento superfcial y con ello el peligro de erosión hídrica. Adems, el proceso de infltración es de gran importancia prctica dado que su velocidad determina determina generalmente generalmente la cantidad cantidad de agua de escurrimient escurrimiento, o, pudiendo pudiendo detect detectars arse e así el peligro peligro de erosió erosión n durant durante e inunda inundacion ciones es a lluvi lluvias as muy muy intensas. !n este marco, el presente documento tiene como fnalidad determinar la velocidad de iniltración del agua en suelo, en términos del dise$o hidrológico de las obras obras de conservac conservación ión y aprovec aprovecham hamien iento to de aguas aguas y suelos suelos,, en particular, de las %an"as de infltración o campos de percolación. &uestro grupo reali%o el siguiente !nsayo de percolación, para determinar las condiciones de permeabilidad del suelo y poder concluir y dichos suelo es apto para reali%ar un campo de percolación.
Mecánica de
1
2. OBJETIVOS 2.1.
OBJETIVOS GENERALES 'eali%ar una prueba de percolación de agua en hoyos e(cavados con ines e(perimentales en el lugar donde se tiene intención de construir un po%o o una %an"a de desag)e.
*onocer el procedimiento para la reali%ación de las pruebas de infltración.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
2.2.
+eterminar la velocidad de infltración del agua en el rea escogida. dentifcar las características del terreno donde se desearía implementar un sistema de *ampos de #ercolación. Anali%ar los resultados del estudio de #ercolación en la %ona de estudio. -btener un estimativo de tipo cuantitativo de la capacidad de absorción de un determinado sitio.
3. UBICACIÓN DEL ENSAYO
!l rea escogida para la reali%ación del ensayo de percolación se encuentra ubicada en +istrito *hachapoyas #rovincia *hachapoyas 'egión ama%onas
4. MATERIALES
'egla graduada transparente milimétrica. *ronometro graduado a décimas de segundo. Lampas. #icos Arena gruesa. *mara otogrfca digital.
5. FUNDAMENTO TEORICO
5.1.
DEFINICIÓN DE INFILTRACIÓN La infltración es el proceso por el cual el agua penetra desde la superfcie del terreno hacia el suelo. !n una primera etapa satisace la defciencia de humedad del suelo en una %ona cercana a la superfcie, y posteriormente superado cierto nivel de humedad, pasa a ormar parte del agua subterrnea, saturando los espacios vacíos.
5.2.
CAPACIDAD DE INFILTRACIÓN
/e denomina capacidad de infltración a la cantidad m(ima de agua que puede absorber un suelo en determinadas condiciones, valor que es variable en el tiempo en unción de la humedad del suelo, el material que conorma al suelo, y la mayor o menor compactación que tiene el mismo. 5.3.
TASA DE INFILTRACIÓN
!l tipo de suelo inluye en la tasa de infltración del líquido, contenido en los po%os y en las %an"as de desag)e. La arcilla que se e(pande cuando se humedece puede hacerse impermeable. -tros suelos como los limos y las arenas fnas, pueden ser permeables al agua limpia pero se obstruyen con el paso de eluentes que contienen sólidos en suspensión y disueltos. La tasa de infltración depende también de la situación de la capa retica en relación con el nivel del líquido en el po%o o la %an"a. !n la %ona no saturada el líquido luye en unción de la gravedad y de las uer%as cohesivas y adhesivas e(istentes en el suelo. Las variaciones estacionales pueden modifcar la cantidad de aire y de agua que contienen los poros del suelo y esto inluir en la corriente. &ormalmente el dise$o se debe basar en las condiciones e(istentes al fnal de la estación húmeda, ya que suele ser en esos momentos cuando est ms alto el nivel de las aguas subterrneas. !n la %ona saturada todos los poros estn llenos de agua, y el desag)e depende del tama$o de los poros y de la dierencia entre el nivel del líquido en el po%o o la %an"a y el de las aguas circundantes. 0ambién inluye en la iniltración la porosidad del suelo. Los suelos con poros de gran tama$o, como la arena y la grava, y algunas areniscas y la roca agrietada desaguan cilmente. !l limo y la arcilla, sin embargo, tienen poros muy peque$os y tienden a retener el agua. -tro tanto ocurre con los suelos que contiene material orgnico, pero las raíces de las plantas y los rboles rompen la tierra, creando huecos por los que los líquidos pueden correr rpidamente. La corriente del agua subterrnea en los suelos no saturados es una unción comple"a del tama$o, la orma y la distribución de los poros y las grietas,
las características químicas del suelo y la presencia de aire. #or lo común, su velocidad es inerior a 1.2 metros diarios, salvo en la roca agrietada y la grava gruesa, donde puede ser superior a 3 metros diarios, lo cual aumenta las probabilidades de contaminación. #ocas veces es posible medir con precisión la corriente del eluente procedente de los po%os y las %an"as de desag)e, sobre todo porque ésta disminuye con recuencia cuando se obstruyen los poros del suelo. Algunas recomendaciones se basan en la tasa de infltración del agua limpia en hoyos e(cavados con ines e(perimentales en el lugar donde se tiene intención de construir un po%o o una %an"a de desag)e.
Cuadr N! 1 $'()*ra#$+' r%#,%'dada&
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Fuente: US Envirn!ent"# $rte%tin A&en%' 1()* .
!n el caso de suelos gruesos, las capacidades recomendadas se han limitado para evitar la posible contaminación de las aguas subterrneas, y por tanto, qui% sean innecesariamente ba"as para las %onas donde esa contaminación no representa un problema. !n la grava, las tasas de infltración suelen ser mucho mayores, lo cual puede crear difcultades cuando las aguas subterrneas poco proundas se utili%an para consumo humano. 5.4.
FACTORES UE AFECTAN LA CAPACIDAD DE INFILTRACIÓN nluyen en el proceso de infltración !ntrada superfcial, transmisión a través del suelo, capacidad de almacenamiento del suelo, características del medio permeable, y características del luido.
E'*rada &u"%r$#$a)3 La superfcie del suelo puede estar cerrada por la acumulación de partículas que impidan, o retrasen la entrada de agua al suelo.
Tra'&,$&$+' a *ra4& d%) &u%)3 !l agua no puede continuar entrando en el suelo con mayor rapide% que la de su transmisión hacia aba"o, dependiendo de los distintos estratos. A#u,u)a#$+' %' )a #a"a#$dad d% a),a#%'a,$%'*3 !l almacenamiento disponible depende de la porosidad, espesor del hori%onte y cantidad de humedad e(istente. Cara#*%r&*$#a& d%) ,%d$ "%r,%a6)%3 La capacidad de infltración est relacionada con el tama$o del poro y su distribución, el tipo de suelo 4 arenoso, arcilloso5, la vegetación, la estructura y capas de suelos. Cara#*%r&*$#a& d%) 7u$d3 La contaminación del agua infltrada por partículas fnas o coloides, la temperatura y viscosidad del luido, y la cantidad de sales que lleva.
8. PROCEDIMIENTO INFILTRACIÓN +.1.
PARA
LA
REALI9ACIÓN
DE
LAS
PRUEBAS
DE
N:MERO Y LOCALI9ACIÓN DE LAS PRUEBAS !(isten dierentes criterios sobre este aspecto, sin embargo, dependiendo del proyecto y la importancia que el mismo signiique, deben reali%arse como mínimo cuatro o ms pruebas en sitios uniormemente espaciados sobre el campo de absorción propuesto. !n situaciones de e(ploración, para un proyecto de viviendas, cuando se traba"a con los terrenos en verde, los sitios de prueba deben estar separados 21 metros pero nunca ms de 31 metros. #ara el caso de viviendas uniamiliares, es conveniente la reali%ación de dos pruebas.
TIPO DE AGUJERO !sta etapa se divide en dos, primero se hace una 6trinchera7 y luego se hace el agu"ero para la prueba. La trinchera se e(cava de 81 centímetros a 9 metro de lado. !sta 6gaveta7 como comúnmente se le conoce, debe permitir que una persona pueda inclinarse y hacer las correspondientes lecturas de proundidad de agua: esta e(cavación se puede hacer de una proundidad entre 21 y ;1 centímetros.
+.2.
/e perora el agu"ero de prueba de 91 a 21 centímetros de dimetro, con una proundidad adicional mínima de 21 centímetros, de orma tal que el ondo de este segundo agu"ero coincida con la proundidad de la %an"a de absorción propuesta
metros y a 2 metros. #orque se debe conocer la capacidad de iniltración en cada uno de los dierentes estratos.
+.3.
PREPARACIÓN DEL AGUJERO DE PRUEBA. /e raspa cuidadosamente el ondo y las paredes del agu"ero perorado con el flo de un cuchillo o un instrumento pun%ocortante, para remover cualquier superfcie de suelo remoldeado y proporcionar una interace natural del suelo en el cual pueda iltrarse el agua. /e retira todo material suelto del agu"ero: se agregan 3 centímetros de arena gruesa, grava fna o piedra quintilla para proteger el ondo contra socavaciones y sedimentos. !s muy importante registrar el tipo de suelo que se e(trae de ese agu"ero. *on ello, se apro(ima otra apreciación de las posibles condiciones fltrantes del sitio.
+.4.
SATURACIÓN Y E;PANSIÓN DEL SUELO #ara asegurar una completa saturación y e(pansión del suelo, se mantiene el agu"ero menor ? horas consecutivas, previo a la prueba o toma de lecturas. La saturación del suelo es muy importante porque los sistemas de infltración deben uncionar correctamente en las épocas de lluvia. *on esta etapa se pretende simular ese hecho. @ si no se reali%a en orma correcta, los sistemas que se dimensionen con datos errados, no uncionarn cuando las personas requieran utili%ar los sistemas de saneamiento en los períodos de alta precipitación y saturación natural de los terrenos.
MEDICIÓN DE LA TASA DE INFILTRACIÓN #asado el período de saturación, indicado en el punto anterior, se a"usta la proundidad del agua a por lo menos 93 centímetros sobre la grava o arena gruesa colocada en el ondo. +esde un punto de reerencia f"o, se mide el nivel de agua a intervalos de 21 minutos durante un período entre > y ? horas, a$adiendo agua sobre la grava cuando sea necesario
+.5.
DATOS La dierencia de lecturas, al inicio y al fnal del último período de 21 minutos, es la que se utili%a para defnir la tasa de iniltración <0=, la cual se e(presa generalmente en minutoscentímetro. /iempre es conveniente obtener el promedio de todas las lecturas reali%adas y compararlo con el dato encontrado durante el último período. /i se dieran dierencias signifcativas, se tendr evidencia de errores cometidos durante las lecturas o el eecto de una defciente saturación previa.
+.+.
,. ELABORACION DEL POSO DE PERCOLACIÓN
/e procedió a las e(cavaciones y acondicionamiento de la calicata para el inicio de la prueba con el siguiente procedimiento
/e e(cavo 19 calicata de dimensión rectangular de 9.1 m ( 1.;1 m con una proundidad eectiva de 1.81 m. #roundidad de reerencia por donde se construirn las %an"as de drena"e. #reparación del cubeto de 1.21 ( 1.21 ( 1.21 m de proundidad para el inicio de la prueba. /e procedió a perflar las paredes del cubeto con la fnalidad de evitar la erosión, ello se logró con maderas adaptadas al cubeto, lo cual permitió dar orma al cubeto requerido en el procedimiento de traba"o. Asimismo se adicionó 3 cm de grava fna al ondo del agu"ero en el cubeto. La saturación y e(pansión del suelo se eectúo cuidadosamente adicionando agua limpia el cubeto acondicionado hasta una altura de 1.21 m sobre la capa de grava y se mantuvo esta una altura por un periodo mínimo de >? horas.
ESUEMA DE LA CALICATA VISTA DE PLANTA 0.60
m
m
5 . 7 3
m
0 3 . 0
m
0 3 . 0
m
0 0 . 1
m
5 . 7 3
VISTA FRONTAL
m
0 5 . 0 = ” P “
Niv el del terre no
m
0 3 . 0
P3 #roundidad de la %an"a de percolación P3 mínimo 1.;1 m P3 m(imo hasta mantener una separación mínima de >.1 m entre el ondo de la %an"a y el nivel retico
+e acuerdo a la norma técnica IS. <2< tanques sépticos e(isten tres posibilidades para la determinación de la tasa de percolación los cuales son mencionados a continuación.
=.
>.
DETERMINACIÓN DE LA TASA DE PERCOLACIÓN A. /i el agua permanece en el agu"ero después del periodo nocturno de e(pansión, se a"usta la proundidad apro(imadamente a >3 cm sobre la grava. Luego utili%ando un punto de reerencia f"o, se mide el descenso del nivel de agua durante un periodo de 21 min. !ste descenso se usa para calcular la tasa de percolación. B. /i no permanece agua en el agu"ero después del periodo nocturno de e(pansión, se a$ade agua hasta lograr una lmina de 93 cm por encima de la capa de grava. Luego, utili%ando un punto de reerencia f"o, se mide el descenso del nivel de agua a intervalos de 21 minutos apro(imadamente, durante un periodo de ? horas. *uando se estime necesario se podr a$adir agua hasta obtener un nuevo nivel de 93 cm por encima de la capa de grava. !l descenso que ocurre durante el periodo fnal de 21 minutos se usa para calcular la tasa de absorción o infltración. Los datos obtenidos en las primeras horas proporcionan *. !n suelos arenosos o en algunos otros donde los primeros 93 cm de agua se fltran en menos de 21 minutos después del periodo nocturno de e(pansión, el intervalo de tiempo entre mediciones debe ser de 91 minutos y la duración de la prueba una hora. !l descenso que ocurra en los últimos 91 minutos se usa para calcular la tasa de iniltración. +. !n los terrenos arenosos no ser necesario esperar >? horas para reali%ar la prueba de percolación DATOS DE CAMPO DATOS DE CAMPO
9 > 2 ? 3 ;
?ra @$'$#$a) C.>3 C.33 8.>3 8.33 D.>3
?ra @$'a) C.33 8.>3 8.33 D.>3 D.33
L%#*ura @$ 9;.1 93.3 9;.3 9;.1 9;.1
L%#*ura @ 93.3 93,1 9;.1 9;.1 93.1
@#, 1.3 1.3 1.3 1 9
1<. PROCESAMIENTO DE DATOS Y ANLISIS DE RESULTADOS Ta&a $'$) *ra#$+' /T0
T=
=
=
⁄
V%)#$dad d% $'()*ra#$+' /,&%-0
#ara eectos del dise$o del sistema de percolación se deber eectuar un Etest de percolaciónF. Los terrenos se clasiican de acuerdo a los resultados de esta prueba en 'pidos, Gedios, Lentos, según los valores de la presente tabla
TABLA N CLASIFICACIÓN DE LOS TERRENOS SEG:N RESULTADOS DE PRUEBA DE PERCOLACIÓN Clase de Terreno 0iempo de nfltración para el descenso de 9 cm 'pidos de 1 a ? minutos de ? a 8 Gedios minutos Lentos de 8 a 9> minutos *uando el terreno presenta resultados de la prueba de percolación con tiempos mayores de 9> minutos no se considerarn aptos para la disposición de eluentes de los tanques sépticos debiéndose proyectar otros sistema de tratamiento y disposición inal.
11. CONCLUSIONES !l tiempo que tarda el agua en ba"ar 9.1 centímetro es 9.31 minutos, por lo que se concluye que el terreno es del tipo de percolación rpida.
/e ha podido verifcar que el rea de ensayo se ubica en una %ona de suelos arcillosos, teniendo una te(tura fna. !l drena"e natural es muy ba"o.
12. RECOMENDACIONES 1. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICA 6+ispositivos de 0ratamiento Hamiliar de Aguas Irises en el Jmbito 'ural7 *onsultor 'oger Jlvare%. Kunuco, ulio >199 http es.scribd.com doc9;3C1;>; #!'*-LA*-& Artículo técnico. M*ómo hacer pruebas de iniltraciónN ng. !lías 'osales !scalante.
1. ANE;OS
PROPUESTA PARA TERRENOS IMPERMEABLES
/e deben de considerar dos actores undamentales de dise$o para la selección del lugar en donde se producirn las actividades de tratamiento y renovación del agua residual. !stos son la capacidad del suelo para asimilar la carga hidrulica deseada, y la capacidad del suelo para asimilar la carga contaminante de proceso. La carga de proceso consiste de la materia orgnica, los nutrientes y otros sólidos que estn presentes en el agua residual. La capacidad hidrulica asimilativa de un terreno recuentemente est determinada por la te(tura del material del suelo. Jreas con suelos arenosos generalmente reciben cargas hidrulicas altas, mientras que las reas con suelos de arcilla fna, tiene una ba"a capacidad hidrulica asimilativa. Las condiciones del suelo y el terreno en las que el agua residual va a ser tratada variarn de una localidad a otra. Las reas seleccionadas como receptoras del agua residual deben mostrar características que aciliten el tratamiento y la renovación del agua residual. #ara determinar las características del suelo en el cual se van a infltrar los desag)es provenientes de los sistemas de saneamiento, es undamental caracteri%ar el suelo, según su te(tura, pudiendo ser arenoso, limoso o arcilloso, puesto que ésta aecta directamente la rapide% con la que las aguas residuales se iltrarn por el suelo
PROPUESTA DE 9ANJA FILTRO *uando se encuentren suelos impermeables, en los que los tiempos de iniltración sean mayores a ;1 minutos por cada cinco <3= centímetros de descenso del nivel del agua en la prueba de iniltración <21 minutos por cada >,3 cms= o las longitudes de cada ramal en las %an"as de iniltración sean mayores a 21 metros, se puede combinar la instalación de un campo de absorción con una segunda tubería para drena"e, que recolecte el e(ceso de líquidos que no puede absorber el terreno, ale"ndolos para su disposición fnal, en po%os de absorción, sobre el terreno directamente o en una corriente grande de agua, llamado el sistema como %an"a fltro.
F$-. N! S$&*%,a a'Ha $)*r PROPUESTA DE FILTROS SUBSUPERFICIALES DE ARENA +e igual manera para este caso, donde se encuentren suelos impermeables, en los que los tiempos de iniltración sean mayores a ;1 minutos por cada cinco <3= centímetros de descenso del nivel del agua en la prueba de infltración, o las longitudes de las %an"as fltro sean mayores a 21 metros o el procedimiento de implementar las %an"as fltros resulten no muy económicas, se puede sustituir el campo de absorción por un rea menor de fltración haciendo la e(cavación en una %ona reducida tipo trinchera, rellenndola con arena y grava. !l rea necesaria para los iltros sub5superfciales, se calcular mediante la división del caudal diario entre la tasa de infltración seleccionada.
F$-. N! F$)*r &u6&u"%r$#$a) d% ar%'a
?UMEDALES ARTIFICIALES On humedal artifcial de lu"o superfcial libre es una serie de canales inundados, cuyo ob"etivo es imitar los procesos naturales de un humedal natural. Al ir luyendo suavemente por el humedal, las partículas se asientan, los patógenos son destruidos y los organismos y las plantas usan los nutrientes, permitiendo que el agua luya sobre el terreno, e(puesta a la atmósera y al sol directo. !l canal o represa es recubierto con una barrera impermeable
F$-. N! 2.5<3 ?u,%da) ar*$(#$a) Las aguas negras deben ser pre tratadas para prevenir un e(ceso de acumulación de sólidos y de basura. Ona ve% en el estanque, las partículas ms pesadas se sedimentan, eliminando así los nutrientes su"etos a ellas. Las plantas, y las comunidades de microorganismos que ellas soportan
en el rea que rodea a los pelos radiculares, creando un entorno propicio para actividades químicas y biológicas comple"as. Las aguas residuales pueden ingresar en el humedal usando represas o perorando hoyos en un tubo de distribución para permitirle entrar en intervalos regulares.