infiltracion

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INFILTRACIÓN 
 DEFINICIONES 
Del total de agua precipitada sobre la superficie de la tierra, una parte queda detenida 
(almacenamiento superficial temporal), otra discurre por aquélla (escorrentía superficial), y 
finalmente, una tercera parte penetra hacia el interior. De esta última fracción se dice que se ha 
infiltrado. 
En virtud de este concepto, se define la infiltración como el proceso por el cual el agua penetra 
en el suelo, a través de la superficie de la tierra, y queda retenida por él, o alcanza un nivel 
acuífero, incrementando el volumen anteriormente acumulado Superada la capacidad de 
campo del suelo, el agua desciende por la acción conjunta de las fuerzas capilares y de la 
gravedad. En virtud de ello algunos autores subdividen los conceptos, distinguiendo entre: 
infiltración propiamente dicha, como el paso del agua de la superficie al interior del suelo; y 
percolación o filtración, correspondiente a la circulación del agua en el interior del terreno, y 
que se halla en estrecha vinculación con la infiltración. 
Horton (1933) denomina como capacidad de infiltración de un suelo, a la máxima cantidad de 
agua de lluvia que el mismo puede absorber en la unidad de tiempo y en condiciones 
previamente definidas. 
Precisamente, la relación entre la intensidad de la lluvia y la capacidad de infiltración es la que 
determina la cantidad de agua que penetra en el suelo y la que por escorrentía directa alimenta 
los cauces de las corrientes superficiales. 
La capacidad de un suelo determinado para absorber agua de lluvia aplicada al mismo en forma 
continuada y excesiva, decrece gradualmente a partir de un máximo al comienzo de la 
precipitación, hasta alcanzar un valor mínimo de infiltración, sensiblemente constante, por lo 
general dentro de un período no mayor a un par de horas. La ley de variación y la duración de 
tal decrecimiento son funciones del perfil del suelo. Horton relaciona la capacidad de infiltración 
con la duración de una lluvia de intensidad superior a aquélla en cada momento, mediante la 
ecuación: 
Figura 1 Capacidad de Infiltración “f” 
 
 
donde: 
f capacidad de infiltración en el instante t 
fc valor constante de la capacidad de infiltración que se alcanza al cabo de un cierto 
tiempo 
fo valor máximo de la capacidad de infiltración al comienzo de la lluvia 
k constante positiva que depende del tipo de terreno 
t tiempo transcurrido desde el comienzo de la lluvia 
 
Los valores de fc y fo deben ser obtenidos por medio de mediciones directas. La capacidad de 
infiltración de un suelo particular al comienzo de la precipitación es función tanto del perfil del 
suelo como del contenido inicial de humedad que el mismo presente. 
Cuando la intensidad de la lluvia sea menor que la capacidad de infiltración, se alcanzará una 
intensidad de infiltración inferior a la capacidad de infiltración. Esta constituye, por lo tanto, el 
valor máximo de la intensidad de infiltración, para condiciones predeterminadas del suelo. 
En ocasiones se sustituye la función “f” por su integral “F”, que permite calcular el volumen total 
de agua infiltrado en un tiempo t, mediante la expresión: 
 
 
 
FACTORES QUE AFECTAN A LA INFILTRACIÓN 
 Condiciones de Superficie 
El mayor o menor grado de compacidad que presente la superficie del terreno, tendrá notable 
incidencia en la forma en que se efectúe la penetración del agua, y por lo tanto, en la capacidad 
de infiltración del suelo. 
En el caso de superficies desnudas, el suelo se halla expuesto al choque directo de las gotas de 
lluvia, lo que puede dar lugar a una compactación del mismo, con la consiguiente disminución 
de la infiltración. 
Los agregados de partículas son divididos por el agua, que arrastrará de este modo elementos 
más finos, con mayor posibilidad de penetrar hacia el interior y obturar los poros y grietas, 
impidiendo o retardando la infiltración. Así, un suelo con excelente drenaje, puede tener una 
capacidad de infiltración baja, como consecuencia de este “sellado” de la superficie y capas 
superiores. 
En cambio, cuando el suelo está cubierto por vegetación las plantas protegen de la 
compactación por impacto de la lluvia, retardándose además el recorrido superficial del agua, 
que está así más tiempo expuesta a su posible infiltración, mientras que por su parte, las raíces 
de los vegetales abren conductos en el suelo que facilitan la penetración del agua. La especie 
cultivada incide también en la infiltración, en cuanto define una mayor o menor densidad de 
cobertura vegetal y sobre todo, lo hará también el tratamiento agrícola eventualmente aplicado. 
La pendiente del terreno influye en el sentido de mantener durante más o menos tiempo una 
lámina de agua de cierto espesor sobre él. 
En áreas urbanizadas se reduce considerablemente la posibilidad de infiltración. 
En zonas con afloramientos rocosos, sin formación de suelo o siendo éste muy incipiente, la 
infiltración puede llegar a ser prácticamente nula. En los terrenos fracturados, la clase, 
orientación y tamaño de las fracturas, serán factores de primordial importancia. 
Características del Suelo 
La textura del suelo influye por sí y por su influencia en la estabilidad de la estructura, en forma 
tanto menor cuanto mayor sea la proporción de materiales finos que contenga. Un suelo con 
gran cantidad de limos y arcillas, está expuesto a la disgregación y arrastre de estos materiales 
por el agua, con el consiguiente llenado de poros más profundos. 
 
La estructura define el tamaño de los poros. La existencia de poros grandes reduce la tensión 
capilar, pero favorece directamente la entrada de agua. 
El calor específico del terreno influirá en su posibilidad de almacenamiento de calor, afectando 
a la temperatura del fluido que se infiltra, y por lo tanto, a su viscosidad. 
El aire que llena los poros libres del suelo, tiene que ser desalojado por el agua para ocupar su 
lugar, lo que reduce la intensidad de la infiltración, hasta que es desalojado totalmente. En ese 
momento habrá un incremento de esa intensidad, para finalmente seguir la curva característica 
indicada en la Figura 1. 
 
Condiciones Ambientales 
La humedad inicial del suelo tiene una importancia capital en el proceso. Cuando el suelo se 
halla seco al comienzo de la lluvia, se crea una fuerte capilaridad al humedecerse las capas 
superiores, efecto que se suma al de gravedad, incrementando la intensidad de infiltración. A 
medida que el suelo se humedece, las arcillas y coloides se hinchan por hidratación, cerrando 
los vacíos y disminuyendo en 
consecuencia la capacidad de infiltración. 
Cuando un suelo tiene completa su capacidad de absorción de agua al comenzar la precipitación, 
resulta evidente que la cantidad de agua que admitirá será mucho menor. 
En ocasiones, la temperatura del suelo puede ser suficientemente baja, como para provocar el 
congelamiento del agua recibida. La capa helada que se forma, puede considerarse 
prácticamente impermeable. No obstante, el agua de lluvia puede llegar a proporcionar calor 
suficiente para la fusión de esa primitiva capa y penetrar en el terreno. 
 
Características del Fluido que Infiltra 
En primer lugar, debe considerarse el espesor de la lámina de agua sobre el terreno, que 
favorece la infiltración. 
La turbidez del agua incide especialmente por los materiales finos en suspensión que contiene, 
los que penetran en el suelo y reducen por colmatación la permeabilidad, y por tanto, la 
intensidad de infiltración. 
El contenido de sales, en ocasiones favorece la formación de flóculos con los coloides del suelo, 
reduciendo en consecuencia, por el mismo motivo anterior, la intensidad de infiltración. En otros 
casos, puede ocurrir lo contrario, si se produce defloculación. 
La temperatura del agua afecta a su viscosidad, y en consecuencia, a la facilidad con que aquélla 
discurrirá por el suelo. Debido a esta causa, diversas medicionesefectuadas, han permitido 
comprobar intensidades de infiltración menores en invierno que en verano, a igualdad de las 
demás condiciones. 
 
UNIDADES 
Es corriente utilizar como unidad de medida de la infiltración el mm/h, ocasionalmente el 
mm/día. Para mediciones directas, los intervalos de tiempo entre dos medidas sucesivas son 
generalmente más cortos, pero el resultado se expresa reduciéndolo a alguna de las dos 
unidades citadas. 
 
METODOS DE DETERMINACIÓN 
Todos los factores que afectan a la infiltración, tal como fue analizado en 7.a.2, tienen un 
carácter eminentemente local. Por tal motivo, los métodos para determinar la capacidad de 
infiltración tienen sólo un valor relativo, e incluso, en muchos casos, los resultados dependen 
del método empleado. 
Existen tres grupos fundamentales de métodos: 
a) infiltrómetros 
b) lisímetros 
c) análisis de hidrogramas de escorrentía en cuencas pequeñas 
Para la comprensión de este último método deberán tomarse en consideración los conceptos 
correspondientes a hidrogramas, que se desarrollarán en la Unidad correspondiente. 
 
 
Infiltrómetros 
Se los utiliza para mediciones puntuales, y con ellos, la capacidad de infiltración se determina en 
forma directa. Con bastantes reservas, los valores obtenidos pueden aplicarse a pequeñas 
cuencas homogéneas. Para cuencas mayores y no homogéneas en suelo o vegetación, las 
mismas deberán subdividirse en áreas que lo sean y efectuar mediciones individuales en cada 
una de ellas, que se consideran representativas para el área homogénea a que correspondan. 
Existen fundamentalmente dos tipos de infiltrómetros, que se consideran a continuación. 
 
 
Infiltrómetro Tipo Inundador 
La capacidad de infiltración se deduce del volumen de agua que es necesario añadir para 
mantener una lámina de espesor constante sobre un área bien definida del terreno. Se debe 
procurar que este espesor sea similar al que habitualmente tiene la lámina de agua después de 
una lluvia o riego. Los defectos más importantes de este tipo de infiltrómetros son que se anula 
la compactación que produce la lluvia, y que no es posible aplicarlos sin alterar la estructura del 
terreno. 
Los diferentes modelos difieren en forma y métodos de medida. Algunos de ellos son: 
 
Cilindros concéntricos (Método de Müntz) 
Están constituidos por dos superficies cilíndricas metálicas, abiertas por ambas bases y unidas 
entre sí para mantenerlas concéntricas al hincarlas parcialmente en el terreno, hasta una 
profundidad de unos 10 cm. 
 
Figura 2. Infiltrómetro Doble Anillo 
 
 
 
El cilindro interior tiene un diámetro de 9’ (22,86 cm) y el exterior 14” (35.46 cm). Se vierte una 
cantidad conocida de agua hasta que cubra suficientemente la punta de una varilla de medición 
situada en posición vertical en el área encerrada por el cilindro interior, mientras que entre los 
dos cilindros se mantiene ese mismo nivel de agua. La función del cilindro exterior es 
únicamente la de impedir la expansión lateral del agua infiltrada a través de la proyección del 
perímetro del cilindro interior. 
Al cabo de un cierto tiempo, que debe ser medido, la lámina de agua enrasa con la punta de la 
varilla y se repite la operación de añadir una cantidad conocida de agua. Midiendo los tiempos 
que tardan en infiltrarse estos volúmenes de agua, se deduce la capacidad de infiltración y su 
ley de variación en función del tiempo. 
En ocasiones, se van midiendo los descensos del nivel del agua, para intervalos predeterminados 
de tiempo, que se van espaciando a medida que decrece la capacidad de infiltración. 
Cilindro Excavado en el Suelo (Método de Porchet) 
Se excava en el suelo un hoyo cilíndrico de radio “R”, lo más regular posible, y se lo llena de 
agua hasta una altura “h”. La superficie a través de la cual se infiltra el agua es: 
 
 
 
 
Figura 3. Infiltrómetro Método de Porchet 
 
 
Para un tiempo “dt”, suficientemente pequeño como para que pueda considerarse constante la 
capacidad de infiltración “f”, en el cual se produce un descenso “dh” del nivel del agua, se 
verificará que: 
 
 
 
Así, para determinar “f”, basta medir pares de valores (h1,t1 ) (h2,t2 ) , de forma que “ t1 ” y “t 
2” no difieran demasiado, y aplicar la expresión anterior 
Cabe observar que como con estos dispositivos se mide la infiltración acumulada, la gráfica 
representativa presenta una curvatura inversa (respecto al eje x) que la que muestra la Figura 1, 
con valor de infiltración cero en el origen de coordenadas. 
 
Infiltrómetro Tipo Simulador de Lluvia 
El agua se distribuye lo más uniformemente posible sobre la parcela de cuyo suelo se quiere 
determinar la capacidad de infiltración, mediante un sistema de tipo a presión. Estas parcelas 
son de pequeño tamaño (1 a 40 m²) y para comprobar la uniformidad del reparto y medir el 
agua recibida, se colocan en ella algunos pluviómetros. Debe disponerse, asimismo, un sistema 
para medir la escorrentía directa. 
 
Conocidos el agua aportada “P” y la escorrentía “E”, y despreciando la evapotranspiración, por 
ser muy cortos los intervalos entre mediciones sucesivas, el valor de la infiltración estará dado, 
en el correspondiente intervalo de tiempo, por la igualdad I = P – E. 
 
Con este dispositivo se intenta reproducir lo más exactamente posible, la forma natural de 
ocurrencia del fenómeno. Algunos modelos aplican cierta presión al agua distribuida, para que 
la compactación del terreno sea similar a la que produce la lluvia. Existen varios modelos que se 
diferencian en la forma de aplicar el agua, y la principal condición para elegir uno u otro, es que 
esta aplicación se acerque lo más posible a las condiciones locales. 
 
Lisímetros 
Los primeros modelos construidos tenían como objetivo la determinación de la infiltración y 
usaban para ello un colector de agua que atravesaba totalmente el terreno contenido en el 
aparato. El sistema, con algún perfeccionamiento, como dispositivos de succión, capas 
drenantes, etc., ha llegado a la actualidad. 
Al agua recogida en el colector debe añadirse la medida del incremento en retención por el 
terreno y una estimación de la parte de agua infiltrada que se pierde luego por 
evapotranspiración. Esta última puede despreciarse en intervalos cortos de tiempo. 
En el apartado antes mencionado se hace mención a las limitaciones que se derivan del uso y 
artificialidad de los lisímetros. 
 
 INDICES DE INFILTRACION 
Con una elevada capacidad de infiltración y una moderada intensidad de precipitación, algún 
tiempo puede transcurrir desde el comienzo de la lluvia, hasta que el exceso de precipitación 
supere la capacidad de absorción del suelo, de forma tal que se produce una pérdida inicial 
antes del comienzo de que la precipitación que cae genere escurrimientos sobre el terreno, 
precipitación a la que se designa como precipitación efectiva o precipitación eficaz. 
 
Otro factor que afecta la aplicación práctica de la teoría de la infiltración en cuencas no muy 
pequeñas, es el debido a la variación areal de la intensidad de las precipitaciones, como 
consecuencia de la cual la lluvia eficaz (o el escurrimiento de ella derivado), no se produce con 
iguales características sobre la totalidad del área de la cuenca. 
Asimismo, la variación en las cantidades de agua precipitada en diversas partes de la cuenca de 
drenaje, se traduce en períodos en los que no se produce precipitación efectiva, con la 
consecuente interrupción en la estabilización del decrecimiento de la capacidad de infiltración. 
Como consecuencia de las aproximaciones involucradas en la aplicación de la teoría de la 
infiltración a cuencas de drenaje naturales, la cantidad de pérdidas (precipitación total menos 
escorrentía directa), para un evento aislado, ha sido introducida bajo el concepto de los 
denominados “Índices de Infiltración” constituidos por valores constantes, que expresan por lo 
general la intensidad de infiltración a travésde un valor medio estimado de la misma, que se 
mantiene constante a lo largo de la precipitación. 
Teniendo en cuenta que la capacidad de infiltración real decrece en lluvias prolongadas, el uso 
de un valor promedio conduce a considerar infiltraciones más pequeñas durante la primera 
parte de la tormenta y mayores en las cercanías de su finalización. 
Por este motivo, los índices de infiltración se prestan más para la determinación de máximas 
crecidas producidas por tormentas que inciden sobre suelos húmedos, o para tormentas de 
intensidad y duración tal que permitan asumir que la magnitud de la infiltración ha alcanzado 
su valor final ya durante la primera parte de la tormenta. 
La aplicación de estos índices a tormentas moderadas se convierte en un procedimiento 
totalmente empírico, y debe por consiguiente prestarse especial atención en el caso particular 
bajo estudio a las condiciones de humedecimiento del suelo durante la precipitación y a la 
humedad antecedente del mismo. 
 
Índice Ø 
El índice Ø es un valor promedio de infiltración (en mm/h) calculado a partir del yetograma de 
una tormenta, de manera tal que el volumen de precipitación en exceso respecto a dicho valor 
iguale al volumen de precipitación efectiva: 
 
 
donde: 
 PT es el total de agua precipitada 
Pef el total de agua que produce escorrentía superficial (o precipitación efectiva) 
tef el tiempo durante el cual la intensidad de precipitación es mayor que Ø 
 
Figura 4. Índices W y Ø 
 
 
 
De su definición surge que el valor correspondiente a este índice incluye todas las porciones de 
precipitación que no llegan a discurrir superficialmente a través de la sección de la cuenca 
considerada, o sea que engloba a las alturas lámina de agua correspondientes a: infiltración (I), 
intercepción (i) y almacenamiento (o retención) superficial durante la crecida (S). 
Cabe tener en cuenta que parte del agua que se registra como superficial a su paso por la 
sección de control puede haber penetrado antes en el terreno y percolado a través de él, para 
verter finalmente al cauce de aguas vistas. 
Para su determinación se requiere contar, por una parte con el hidrograma de salida, y por 
otra, con el yetograma del aguacero correspondiente. 
Del primero, midiendo el volumen de escorrentía directa y dividiendo por el área de la cuenca 
activa, puede determinarse el valor total de la precipitación neta, en mm. Luego se trazan (por 
tanteos) en el yetograma correspondiente, paralelas al eje de los tiempos, de modo tal que la 
porción del yetograma situada encima de las mismas equivalga a la altura de la lámina de agua 
escurrida (o sea de precipitación efectiva). La ordenada de la paralela que verifica esta condición 
indicará el valor del índice 
Ø buscado. Tal valor podrá ser posteriormente utilizado para calibrar modelos de escurrimientos 
y simulación de crecidas de la cuenca, aplicable a precipitaciones previsibles de distintas 
intensidades, o a estudios hidrológicos de cuencas próximas de las que se carezca de datos de 
aforo (por ejemplo) y que sean homogéneas con la cuenca primitiva. 
 
Índice W 
Este índice constituye un refinamiento del anterior, al excluir en su determinación las 
retenciones por almacenamiento superficial (E) e intercepción (i). Su expresión en consecuencia 
estará dada por (figura 4) 
 
 
 
Del mismo modo que el índice Ø, se determina trazando una paralela al eje de los tiempos que 
limite en el yetograma un área equivalente a la suma de los volúmenes de escorrentía superficial 
y la retención superficial, el primero medido en la estación de aforos y el segundo estimado. 
Aun cuando este índice aparezca como interpretando más ajustadamente el concepto de 
infiltración, al no incluir en la misma las retenciones superficiales, la dificultad en determinar 
estas últimas es tal, que dejarla combinada con la infiltración es posiblemente igual de 
aproximado. 
 
 Índice W Mínimo 
Este índice se calcula cuando el suelo presenta condiciones de elevada humedad y laL capacidad 
de infiltración ha alcanzado su valor mínimo final constante. Se lo utiliza primordialmente en 
estudios del potencial máximo de inundación. 
 
 
Absorción Inicial 
La absorción inicial, a veces llamada pérdida inicial, se define como la máxima cantidad de 
precipitación que puede ser absorbida por el suelo bajo condiciones específicas sin que se 
produzca escurrimiento. 
Sus valores dependen fundamentalmente del tipo de suelo y de la humedad antecedente del 
mismo, y pueden variar, muy en general, desde menos de 10 mm en estaciones húmedas, hasta 
aproximadamente 40 mm en veranos muy secos. 
Para las condiciones que generalmente preceden a las grandes crecidas en regiones húmedas, 
las pérdidas iniciales pueden ser del orden de 5 a 12 mm, o sea que son relativamente pequeñas 
comparadas con los volúmenes de escorrentía. En consecuencia, en estos casos el efecto de la 
absorción inicial puede ser despreciado sin introducir errores importantes en la cuantificación 
de tales crecidas. Por el contrario, se constituye en un factor importante en el caso del análisis 
de tormentas que se producen después de severos períodos sin precipitaciones, en los que se 
subvaloraría la infiltración inicial en caso de que se recurriese a algunos de los índices de valor 
constante referidos en los apartados anteriores. 
 
 
 
Consideraciones Complementarias 
La deducción de índices de infiltración es relativamente simple, y este procedimiento se halla 
rodeado de un aura de lógica debido al nombre de índice de infiltración; sin embargo, en la 
realidad, los índices no son más que tasas promedio de pérdida y su magnitud depende 
altamente de las condiciones antecedentes, de modo que no son superiores a las relaciones 
multivariadas. 
El índice ha sido utilizado en ciertos análisis de hidrogramas para definir el patrón de tiempo de 
la lluvia efectiva. En estos casos, el volumen real de escorrentía es conocido y no existe ningún 
problema en la determinación de Ø, a pesar que, como la infiltración real no es uniforme, el 
patrón de escorrentía obtenido a partir de Ø puede no ser correcto. 
En general los índices de infiltración se utilizan en sentido inverso, es decir, se supone que tienen 
un determinado valor, y restándolo del yetograma, se llega a poder construir un hidrograma 
aproximado del volumen de escorrentía en una sección del cauce. Pero cualquiera que sea la 
forma de utilización de estos índices, sólo puede esperarse de su aplicación resultados 
aproximados.