Universidad de San Carlos de Guatemala. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Civil. Área de Hidráulica. Hidrología “P”. Ing. Claudio Castañón.
MÉTODO DE PORCHET.
Bryan Ottoniel Morales López Juan Carlos Fernández Vásquez
Guatemala, 18 de abril del 2,016.
201313740 201314308
INTRODUCCIÓN La Infiltración es un elemento importante del ciclo hidrológico interviniente en muchos problemas de evaluación, planificación y diseños de ingeniería. Se define a la infiltración como al proceso hidrológico por el cual el agua ingresa al suelo a través de su superficie. La superficie a través de la cual se produce el proceso de ingreso del agua al suelo puede ser: * La superficie del suelo en terreno natural no inundado. * El lecho de un río o cauce natural o artificial. * El fondo de una laguna o estero. * Cualquier otro tipo de inter fase suelo-agua por donde pueda producirse este proceso. A través de lo expresado surge claramente la interacción de dos elementos: al agua que es la que sufre el proceso de infiltración y el suelo, el cual se transforma en el receptor de dicha infiltración (en forma temporal o permanente). El agua que da origen a la infiltración puede provenir de fenómenos naturales (lluvia, agua de depresiones, de cursos de aguas, etc.) o artificial (riego agrícola). A partir del agua que se infiltra al terreno, se producen tres fenómenos distintos: a) retención como humedad del suelo y posterior uso por parte de las plantas a través del fenómeno de evapotranspiración. b) alimentación de los acuíferos del subsuelo. c) constituir un flujo de escurrimiento sub superficial que puede alimentar posteriormente al flujo o escurrimiento superficial.
OBJETIVOS
GENERAL:
Conocer los métodos que se pueden aplicar para la determinación de la velocidad de infiltración del suelo, en específico el método de Porchet.
ESPECÍFICOS:
Realizar las mediciones necesarias para determinar la velocidad de infiltración en centímetros por segundo.
Determinar cuáles son las dimensionales que recomienda el método de Porchet para dar un valor de velocidad de infiltración, y así mismo obtener el valor en estas dimensiones.
MARCO TEÓRICO
INFILTRACIÓN: Es el proceso de paso del agua a través de la superficie del suelo hacia el interior de la tierra. Este concepto hay que distinguirlo del de Percolación, que es el movimiento del agua dentro del suelo. Ambos fenómenos están relacionados, puesto que la Infiltración no puede continuar libremente hasta que la Percolación haya removido el agua de las capas superiores del suelo. Mecanismo de generación de la Infiltración: Cuando se produce un aguacero, el agua que no es interceptada alcanza el suelo. A partir de ese instante ocurren tres fenómenos diferentes: El primero de ellos es la acumulación de agua en forma de Detención Superficial, a la vez que, dependiendo de la permanencia del agua en la superficie del terreno y de las características hidrodinámicas del mismo, se activa el mecanismo de Infiltración. El agua que el terreno no es capaz de filtrar ni retener, escurre, formando la Escorrentía Superficial o Directa. En la Figura 6.1 se representa la analogía existente entre los procesos que ocurren en la superficie del suelo y el de un recipiente con agujeros que se llena completamente rebosando el agua por los laterales. Los agujeros en la parte inferior representan a las propiedades hidrodinámicas del terreno (permeabilidad, porosidad, etc.) que son las que van a definir la tasa de infiltración en el mismo. El agua que rebosa simula la Escorrentía Superficial generada y el agua almacenada momentáneamente en el recipiente representa la Detención Superficial.
La permeabilidad del suelo es activada por medio de canales no capilares, a través de los cuales drena el agua de gravedad desde la superficie hasta el nivel freático del agua subterránea, siguiendo el camino de menor resistencia. El agua va rellenando los espacios capilares por lo que el gradiente de humedad establecido inicialmente va menguando y por tanto también la cantidad de agua infiltrada por unidad de tiempo. En caso de que inicialmente el suelo se encuentre con más contenido de agua, la infiltración por unidad de tiempo producida será menor, ya que el suelo se encuentra en condiciones de mayor saturación, y por tanto con un gradiente de humedad menor, que si inicialmente se encuentra completamente seco. En consecuencia, se favorecerá la formación de escorrentía superficial al disminuir la masa de agua susceptible de infiltrarse. La Infiltración está más relacionada con el movimiento del agua en la parte edáfica del suelo donde tiene lugar el desarrollo radicular de las plantas. La Percolación está más relacionada con el movimiento vertical del agua en la zona no saturada. En la Figura 6.2 se muestra un esquema del suelo y los diferentes flujos existentes en él. En dicho gráfico se distingue la Infiltración, la Percolación, el Flujo Hipodérmico, el Flujo Subterráneo y la Recarga que le llega al medio saturado. También se ha incluido el Flujo Sub superficial Epidérmico (Escorrentía Superficial epidérmica), que es el agua que se encuentra en la parte del suelo edáfico y que, en un momento dado puede aflorar, incorporándose a la Escorrentía superficial. En la Figura 6.3 se muestra el frente de saturación, con respecto a la profundidad, que se genera una vez infiltrada el agua en el suelo, y que avanza saturando al mismo.
Método del pozo de nivel variable o método Porchet (MINVU 1996).
Este método consiste en excavar en la tierra un orificio cilíndrico de profundidad y radio constante, en el cual se mide el descenso del nivel de agua dentro del pozo en función del tiempo. La superficie en la cual se infiltra el agua es:
Para un tiempo, dt, suficientemente pequeño para que pueda suponerse que la capacidad de infiltración f, es constante, se verificará la igualdad:
Simplificando y separando las variables, se tiene:
Integrando la ecuación anterior entre t1 y t2 se tiene finalmente:
(1)
Por lo tanto para medir el valor de f, basta con medir los pares de valores de (h1,t1) y (h2,t2) de forma que t2 y t1 no difieran demasiado para suponer infiltración constante y luego evaluarlo en la ecuación 1. La siguiente Figura presenta esquemáticamente el sistema de infiltración del pozo.
CALCULOS Tiempo( min) 5 8 10 13 15 18 20 23 25 28 30 32 35 38 40 42
H (cm) 6.5 9 12 13.8 15.3 17.3 17.5 20 21.2 23 25 26 27 28.3 28.5 29
Dif H (cm) 23.5 21 18 16.2 14.7 12.7 12.5 10 8.8 7 5 4 3 1.7 1.5 1
45 48 50
29 29.5 30
1 0.5 0
Tabla No. 1 Datos de Campo 25
f(x) = -11.39 ln(x) + 44.44
20 15
H (cm) 10 5 0
0
10
20
30
40
50
60
Tiempo (min)
Grafico No.1 Altura vs Tiempo
Ecuación Utilizada Para Calcular la infiltración:
Tiempo( min)
H (cm)
Dif H (cm)
R/2(t2t1)
ln(2h1+R/2 h2+R)
5 8
6.5 9
23.5 21
5
0.0671393
10
12
18
7.5
0.08701138
13
13.8
16.2
5
0.05608947
15
15.3
14.7
7.5
0.04927105
18
17.3
12.7
5
0.06971463
20
17.5
12.5
7.5
0.00724641
I (cm/mi n) 0.33569 651 0.65258 533 0.28044 733 0.36953 287 0.34857 316 0.05434 806
23
20
10
5
0.09531018
25
21.2
8.8
7.5
0.04919024
28
23
7
5
0.07864313
30
25
5
7.5
0.09531018
32
26
4
7.5
0.05129329
35
27
3
5
0.05406722
38
28.3
1.7
5
0.07496304
40
28.5
1.5
7.5
0.01204834
42
29
1
7.5
0.03077166
45 48
29 29.5
1 0.5
5 5
0 0.0317487
50
30
0
7.5
0.03278982
0.47655 09 0.36892 683 0.39321 564 0.71482 635 0.38469 971 0.27033 611 0.37481 519 0.09036 254 0.23078 744 0 0.15874 349 0.24592 367
Tabla No. 2 Cálculo de Infiltración.
Con la Tabla No.2 se determinó que la infiltración es de: I =0.3194 cm/min I =191.64 mm/hora
CONCLUSIONES
Realizando las diferentes mediciones de reducción de alturas respecto al tiempo en el agujero perforado en el suelo, se determinó que la velocidad de infiltración es de 0.3194 cm/min.
Se determinó que el método de Porchet recomienda dar el resultado de la velocidad de infiltración obtenida en mm/hora; por lo que dicho valor obtenido para el suelo analizado es de 191.64 mm/hora.
BIBLIOGRAFÍA
Hidrología Subterránea. Custodio-Llamas. Editorial Omega. Capítulo 6.6. pag. 342-350. Primera Edición.
Curso Internacional de Hidrología General con énfasis en hidrología subterránea. Almacenamiento y movimiento del agua en el suelo. Candioti,L.A.; Mir,G.R. y Morin, J.J. 1980. FIyCH-UNL. Inédito.
ANEXOS
