Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO DE ING. AMBIENTAL Elaboración de un modelo matemático de infiltración basado en las propiedades físicas del suelo. Cuenca del rio chirgua- Municipio Bejuma Estado Carabobo. Autores: Guerrero. Jose Tutor: Ing. Adriana Marquez VALENCIA, OCTUBRE DE 2.009 UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO DE ING. AMBIENTAL Elaboración de un modelo matemático de infiltración basado en las propiedades físicas del suelo. Cuenca del rio chirgua- Municipio Bejuma Estado Carabobo. TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PRESENTADO ANTE LA ILUSTRE UNIVERSIDAD DE CARABOBO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL. Autores: Guerrero. Jose Tutor: Ing. Adriana Marquez VALENCIA, OCTUBRE DE 2.009 UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL DEPARTAMENTO DE ING. AMBIENTAL CERTIFICADO DE APROBACIÓN Los abajo firmantes, miembros del jurado asignado para evaluar el trabajo especial de grado titulado, Elaboración de un modelo matemático de infiltración basado en las propiedades físicas del suelo. Cuenca del rio chirgua- Municipio Bejuma Estado Carabobo., realizado por las bachiller: Guerrero Jose., Cédula de Identidad: 7.067.311, hacemos constar que hemos revisado y aprobado dicho trabajo. TUTOR JURADO JURADO VALENCIA, OCTUBRE DE 2.009 ii DEDICATORIA Al culminar unos de los grandes sueños de mi vida; dedico este trabajo a todas aquellas personas que de una manera u otra me incentivaron en el transcurrir del tiempo, a las que creyeron y a las que jamás creyeron, en que si podía lograrlo porque me llenaron de fortaleza para seguir luchando. A Dios mi Señor; quien lleno mi camino de salud, paciencia, perseverancia, luz, sabiduría y sobretodo amor para saber llegar y culminar con éxito. A mis padres: Ángeles y Fernando Guerrero, mis motivos de inspiración y perseverancia, mis grandes apoyos cuyo amor y confianza fueron esenciales en los momentos difíciles. Por su lucha y esfuerzo en darnos lo mejor a mí y a mis hermanos. Esta es la mejor herencia que unos padres pueden dejarle a sus hijos. A mis profesores Mariela Aular, Arnoldo Gómez y muy especial mente Adriana Márquez, Aura Herminia Parraga. A mis hermanos, y muy especialmente a mi hermana Lupe por ser parte y apoya esencial en mi vida. A Yllyanna Vargas por ser parte de mi vida y apoyo incondicional A Yolimar la madre de mi hijo diego por ser de todos los días. A mis amigos Ramsés y Wladimir por la fiel, sincera e inquebrantable amistad cultivada a lo largo de estos años. Gracias por ayudarme a alcanzar este sueño directa o indirectamente, gracias por hacer de mi vida un suceso feliz y por tanto que me han dado. Esta meta alcanzada es tan mía como de todos ustedes. Eternamente agradecido. ÍNDICE Introducción...…………………………………….. ..…………………………….. 1 CAPITULO I: El Problema.……………………………………………………….. 3 Planteamiento del Problema.……………………………………………………. 3 Formulación del Problema.………………………………………………………. 4 Objetivos de la Investigación…………………………………………………….. 6 Objetivo General…………………………………………………………………... 6 Objetivos Específicos……………………………………………………………... 6 Justificación……………………………………………………………………….. 6 Alcance y Limitaciones…………………………………………………………… 7 CAPITULO II: Marco Teórico…………………………………………………….. 8 Antecedentes………………………………………………………………………. 8 Bases Teóricas……………………………………………………………………. 10 Regresión lineal múltiple……………………………………………………….. 10 Prueba de hipótesis …………………………………..…………………………. 14 Coeficiente de determinación…………………………………………………… 16 Coeficiente de correlación….………………………..………………………….. 16 Aperacionalizacion de variables…………..……………………………………… 18 Definición de términos…………………….……………………………..…………. 20 Infiltración………………………………………..…………………..………… 21 CAPITULO III: Marco Metodológico………………………………………………….. 25 Tipo de Investigación.………………………………………………………………….. 25 Diseño de Investigación ………………………………………………………………. 25 Población………………………………………………………………………………… 26 Muestra……………………………………………………………………...………….. 26 Fases de la Investigación……………………………………………………………... 27 CAPITULO IV: Resultados y Análisis………………………………………………... 30 Análisis de la variabilidad estadística y espacial de las propiedades físicas del suelo empleados para la modelación matemática de la infiltración……..……….. 30 Comparación estadística de las propiedades físicas del suelo…………… 31 Comparación espacial de las propiedades físicas del suelo…………….. 50 Formulación de los modelos matemáticos prototipo de infiltración basados en el análisis de las propiedades físicas del suelo…………..…………………………… 71 Fase I nivel de información global…………………………..……….…………. 71 Fase II nivel de información global…………………………..……….…………. 72 Fase III nivel de información global………………………..……….…………. 72 Fase I nivel de información disgregada.…………………..……….…………. 73 Fase II nivel de información disgregada…………………..……….…………. 74 Fase III nivel de información disgregada.………………..……….…………. 75 Evaluar la influencia de las propiedades físicas del suelo sobre la estimación del fenómeno de infiltración…………………………………..…………………………… 76 Fase I nivel de información global…………………………..……….…………. 76 Fase II nivel de información global…………………………..……….…………. 77 Fase III nivel de información global………………………..……….…………. 78 Fase I nivel de información disgregada.…………………..……….…………. 78 Fase II nivel de información disgregada…………………..………..…………. 79 Fase III nivel de información disgregada.………………..……………………. 80 Discusión de resultados………………….………………..……….…………………. 81 Conclusiones…………………………………………………………………..…….... 83 Recomendaciones………………………………………………………….……….... 84 Referencias Bibliográficas………………………………………………..………….. 85 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Resumen Estadístico del contenido de arena…………………….. 32 Tabla 2. Pruebas de rangos múltiples del contenido de arena……………. 32 Tabla 3. Resumen Estadístico del contenido de limo..…………………….. 33 Tabla 4. Pruebas de rangos múltiples del contenido de limo.……………. 33 Tabla 5. Resumen Estadístico del contenido de arcilla…………………….. 35 Tabla 6. Pruebas de rangos múltiples del contenido de arcilla……………. 35 Tabla 7. Resumen Estadístico del contenido de de humedad…………….. 36 Tabla 8. Pruebas de rangos múltiples del contenido de humedad………. 36 Tabla 9. Resumen Estadístico de la porosidad…………………………….. 37 Tabla 10. Pruebas de rangos múltiples de la porosidad……………………. 38 Tabla 11. Resumen Estadístico de la Gravedad Específica……………….. 39 Tabla 12. Pruebas de rangos múltiples de la Gravedad Específica………. 39 Tabla 13. Resumen Estadístico de la Relación de Espacios de Vacios…… 40 Tabla 14. Pruebas de rangos múltiples de la Relación de Espacios………. 40 Tabla 15. Resumen Estadístico de la Cohesión…………………………….. 42 Tabla 16. Pruebas de rangos múltiples de la Cohesión……………………. 42 Tabla 17. Resumen Estadístico del Angulo de fricción interna.……………. 43 Tabla 18. Pruebas de rangos del Angulo de fricción interna……………….. 43 Tabla 19. Resumen Estadístico del Límite Plástico…………………….…… 44 Tabla 20. Pruebas de rangos múltiples del Límite Plástico………………. 45 Tabla 21. Resumen Estadístico Limite Liquido……..……………………….. 46 Tabla 22. Pruebas de rangos múltiples del Limite Liquido…………………. 46 Tabla 23. Resumen Estadístico del Índice de Plasticidad……………….. 47 Tabla 24. Pruebas de rangos múltiples del Índice de Plasticidad………. 47 Tabla25. Resumen Estadístico del Contenido de Humedad Inicial……… 48 Tabla 26. Pruebas de rangos múltiples del Contenido de Humedad Inicial 49 Tabla 27. Resumen Estadístico del Contenido de Humedad Final………… 50 Tabla 28. Pruebas de rangos múltiples del Contenido de Humedad Final... 50 Tabla 29. Resumen Estadístico de la Infiltración Fase I…………………….. 51 Tabla 30. Pruebas de rangos múltiples de la Infiltración Fase I…..……… 51 Tabla 31. Resumen Estadístico de la Infiltración Fase II……………….. 52 Tabla 32. Pruebas de rangos múltiples de la Infiltración Fase II………….. 53 Tabla 33. Resumen Estadístico de la Infiltración Fase III………………….. 54 Tabla 34. Pruebas de rangos múltiples de la Infiltración Fase III…………. 54 Tabla 35. Parámetros de Modelos Fase I, Nivel Global………………….. 71 Tabla 36. Residuos Atípicos Fase I, Nivel Global………………….………. 72 Tabla 37. Parámetros de Modelos Fase II, Nivel Global…………….…….. 72 Tabla 38. Residuos Atípicos Fase II, Nivel Global…………………....……. 72 Tabla 39. Parámetros de Modelos Fase III, Nivel Global……………..…….. 72 Tabla 40. Residuos Atípicos Fase III, Nivel Global………………....………. 73 Tabla 41. Parámetros de Modelos Fase I, Nivel Disgregado……………….. 73 Tabla 42. Residuos Atípicos Fase I, Nivel Disgregado……..……….………. 74 Tabla 43. Parámetros de Modelos Fase II, Nivel Disgregado…….….…….. 74 Tabla 44. Residuos Atípicos Fase II, Nivel Disgregados….………....…..…. 74 Tabla 45. Parámetros de Modelos Fase III, Nivel Disgregado……...…….. 75 Tabla 46. Residuos Atípicos Fase III, Nivel Disgregado………....…….……. 76 Tabla 47. Parámetros de Modelos Depurados, Fase I. Global…..……….. 77 Tabla 48. Matriz de Correlación Modelo Depurado Fase I. Global………… 77 Tabla 49. Parámetros de Modelos Depurados, Fase II. Global…..……….. 78 Tabla 50. Matriz de Correlación Modelo Depurado Fase II. Global………… 78 Tabla 51. Parámetros de Modelos Depurados Fase III. Global…………….. 78 Tabla 52. Matriz de Correlación Modelo Depurado, Fase III. Global………. 78 Tabla 53. Parámetros de Modelos Depurados Fase I. Disgregados………. 79 Tabla 54. Matriz de Correlación Modelo Depurado, Fase I. Disgregados…. 79 Tabla 55. Parámetros de Modelos Depurados Fase II. Disgregados……. 80 Tabla 56. Matriz de Correlación Modelo Depurado, Fase II. Disgregados. 80 Tabla 57. Parámetros de Modelos Depurados Fase III. Disgregados……. 80 Tabla 58. Matriz de Correlación Modelo Depurado, Fase III. Disgregados. 80 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Estructura de los datos para la regresión múltiple………………….. 12 Figura 2. Resumen de formulas estadísticas…………………………………… 15 Figura 3. Resumen de ecuaciones para el análisis estadístico………………. 17 Figura 4. Formato para realizar muestreo de infiltración……………………… 27 Figura 5. Características de la zona en estudio………………………………… 31 Figura 6. Medias y 95% de Fisher en % arena………………………………… 32 Figura 7. Medias y 95% de Fisher en % limos………………………………… 34 Figura 8. Medias y 95% de Fisher en % arcillas………………………………. 35 Figura 9. Medias y 95% de Fisher en contenido de humedad………………. 37 Figura 10. Medias y 95% de Fisher en la porosidad…………………….……... 38 Figura 11. Medias y 95% de Fisher en la gravedad especifica..…...…………. 39 Figura 12. Medias y 95% de Fisher en la relación de espacios de vacios….… 41 Figura 13. Medias y 95% de Fisher en la cohesión….…………...…………..…. 42 Figura 14. Medias y 95% de Fisher en Angulo de fricción interna……….…….. 44 Figura 15. Medias y 95% de Fisher en el limite plástico…………….…………… 45 Figura 16. Medias y 95% de Fisher en % arena límite líquido…….……...….. 46 Figura 17. Medias y 95% de Fisher en % arena índice de plasticidad………… 48 Figura 18. Medias y 95% de Fisher en contenido de humedad inicial………… 49 Figura 19. Medias y 95% de Fisher en contenido de humedad final………….. 50 Figura 20. Medias y 95% de Fisher en la infiltración fase I…….……………… 52 Figura 21. Medias y 95% de Fisher en infiltración fase II..…………………….… 53 Figura 22. Medias y 95% de Fisher en la infiltración fase III.....…………..…….. 54 CAPITULO I EL PROBLEMA Planteamiento del Problema El suelo es el soporte natural de las actividades del hombre; dirigidas al aprovechamiento de su potencial productivo. Uno de los problemas ambientales relacionados con el uso del suelo es la pérdida del mismo por erosión hídrica y la consiguiente disminución de su fertilidad. La carencia de modelos matemáticos adaptados a condiciones locales que simulen los procesos hidrológicos tales como infiltración o erosión tiende a generar un mal empleo de los recursos hídricos de los terrenos agrícolas a nivel mundial. En el año 1.992, en la cumbre de la Tierra llevada a cabo en la ciudad de Río de Janeiro fue suscrito el documento Agenda 21. A esta cumbre asistieron los jefes de estado de 179 países. Tomando en consideración las premisas hechas en la Sección II, Capítulo 14, el cual plantea que la degradación del suelo es el principal problema ambiental que enfrentan tanto los países desarrollados como los países en desarrollo, siendo la erosión particularmente el problema más agudo en los países en desarrollo, en tanto que los problemas de salinización, pérdida de la fertilidad del suelo y contaminación del suelo aumentan en todos los países. (Zambrano 1993). Y la degradación de la tierra es grave, ya que la productividad de vastas zonas está disminuyendo precisamente cuando aumenta rápidamente el crecimiento de la población y se acrecienta la demanda para producir más alimentos, fibras y combustibles. Completar la idea, se ve como tarzaneao. Los párrafos no deben tener menos de 6 líneas, por cuestiones de estética visual. Venezuela, como el resto de los países, no escapa de la situación generada por la degradación de los suelos, especialmente los suelos cultivables; ocasionada esta situación por la prácticas tradicionales del cultivo de la tierra como actividades comunes para la preparación de las zonas con alto potencial agrícola y pecuario tal es el caso del uso de los sistemas de riego, que no obstante, constituye un factor clave para el desarrollo agrícola, es también una herramienta con un alto riesgo de daño ambiental. Peralta (s.f). La Comisión de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas (1997) destacaba que en Venezuela el Ministerio Agricultura y cría, guiándose por las pautas de la agenda 21 formuló en el año 1.997 un Plan Alimentario Nacional y un Plan de Desarrollo Agrícola de mediano plazo, Fortalecimiento y Modernización del Servicio de Sanidad Agropecuaria. Difusión y promoción a escala nacional de prácticas agrícolas ambientales, como por ejemplo, la labranza mínima y Programas Intensivos de Capacitación, en materia de desarrollo sustentable a nivel del poder regional. Estos planes conducen a la sustentabilidad como factor principal, pero cómo llevarse a cabo dichos planes si no se conoce el comportamiento de los suelos agrícolas en su totalidad. Es aquí donde toma valor la necesidad de realizar mediciones en campo y experimentos en laboratorios a fines para conocer los parámetros de estos suelos y su comportamiento en las distintas condiciones que se presenten (riego, tipo de siembra, período seco o húmedo, entre otros). En ese sentido, en la cuenca del río Mucujeque del Estado Mérida se presenta una problemática que retrata esta situación. Linares (2004) ha determinado que en dicha cuenca, con un área de 17.148 ha, presenta una susceptibilidad moderada a la erosión hídrica de 70,73%, el 28,75% presenta áreas con alta sensibilidad a la erosión hídrica y el 0,47% del total del área estudiada tienen muy alta susceptibilidad a la erosión hídrica. Por otra parte, el valle de Chirgua, ubicado en el Estado Carabobo, no está exento de esta problemática. Los suelos agrícolas de esta zona están constantemente sometidos a los efectos de laerosión y transporte de sedimentos, generando pérdidas de suelo que al no ser cuantificadas, disminuyen la productividad en los cultivos de la zona, conformados principalmente por el cultivo del tubérculo de papa (Solanum Tuberosum) y el maíz (Zea maíz), que constituyen una importante fuente de ingresos económicos para esta población, los cuales se desarrollan bajo riego y precipitación. No obstante que el cultivo de la papa es un cultivo que transforma intensamente la estructura del suelo, lo degrada, erosiona y lo satura de nitratos FAO (2008a). ―Se estima que todos los años como consecuencia de la degradación de los suelos se pierden 24.000 millones de toneladas de tierras cultivables, lo que tiene graves consecuencias para la producción agrícola‖. ONU (2002). La seguridad alimentaria mundial está amenazada. Por una parte, en todo el mundo el uso agrícola de la tierra está causando graves pérdidas de suelo. Es muy probable, que la raza humana no pueda alimentar una población creciente, si la pérdida de suelos fértiles por el uso agrícola continúa con esta tendencia, FAO (2000). Por otra parte, la utilización de terreno con potencial agrícola para fines urbanísticos, obliga al productor a desplazarse hacia terrenos más inclinados y de menor capacidad agrícola, por tanto más susceptibles a la erosión. Para coadyuvar al establecimiento de condiciones favorables orientadas a la recuperación de tierras actualmente degradas o potencialmente susceptibles de degradación en la Agenda 21 (1992) se plantea lo siguiente: Poner en práctica políticas, programas amplios para la recuperación de las tierras degradadas y la conservación de las zonas en peligro, así como mejorar la planificación general, la ordenación y el aprovechamiento de los recursos de tierras y conservar la fertilidad del suelo para lograr un desarrollo agrícola sostenible. Esta investigación se propone incrementar el conocimiento de un modelo matemático de infiltración basado en las propiedades físicas del suelo con el fin de promover la adopción de mejores prácticas de labranza que se enfoquen en el uso sustentable de los recursos naturales suelo y agua. Objetivos de la Investigación Objetivo General Elaborar un modelo matemático de infiltración basado en las propiedades físicas del suelo. Cuenca del río chirgua- Municipio Bejuma Estado Carabobo. Objetivos Específicos 1. Analizar variabilidad estadística y espacial de las propiedades físicas del suelo empleados para la modelación matemática de la infiltración. 2. Formular los modelos matemáticos prototipos de infiltración basados en el análisis de las propiedades físicas del suelo. 3. Evaluar la influencia de las propiedades físicas del suelo sobre la estimación del fenómeno de infiltración. Justificación Es de dominio publico que en los suelos agrícolas, debido al manejo inadecuado y prolongado, presentan problemas de erosión hídrica y transporte de sedimentos, agravados por las características topográficas que lo hacen susceptible a estos fenómenos, generando grandes pérdidas de su capa superficial que al no ser cuantificadas y subsanadas, disminuyen su productividad y dificultan su sostenibilidad para garantizar la seguridad alimentaria de las generaciones futuras. Este estudio tiene como finalidad que en el futuro, el agricultor implemente técnicas sustentables para el manejo de los recursos naturales que posee, incrementando así la productividad de los suelos sin degradarlos, garantizando así la seguridad alimentaria del país. Considerando que la producción de estos insumos agrícolas constituyen una fuente de ingresos económicos para la comunidad del Valle de Chirgua (sector la Paredeña), por constituirse en su principal sustento, es imperativo el estudio y la evaluación de los factores incidentes en el excesivo transporte de sedimentos fuera del área de cultivo. Esta investigación servirá como antecedente y orientación para futuros trabajos de investigación que estén relacionados hacia este campo, al generar una base de datos que permita construir modelos matemáticos de pronóstico sobre las variables que afectan el transporte de sedimentos, campo investigativo que actualmente la Universidad de Carabobo desarrolla a través del Departamento de Ingeniería Ambiental en la zona agrícola de Chirgua en el Estado Carabobo; tomando en cuenta la importancia de esta zona productiva para el Estado en materia de conservación del recurso suelo. Además permitirá incorporar experiencias en modelos matemáticos a las asignaturas del Departamento de Ingeniería Ambiental. Delimitación El presente estudio pretende formular un modelo matemático que establezca el grado de correlación de la infiltración con respecto a las otras propiedades físicas suelo, el cual tendrá como base de datos la obtenida mediante investigaciones realizadas con anterioridad en la cuenca en estudio. Las propiedades físicas con las cuales se realizara el modelo matemático son: infiltra (F), granulometría del suelo seccionados en sus porcentajes retenidos como son:(% ret #4, (% ret #10) , (% ret #20) , (%ret #40), (%ret #60), (%ret #100), (%ret #200) , porosidad(ƞ ), limite liquido (LL),permeabilidad ( κ) , gravedad especificas (Gs), contenido de humedad inicial Wi, contenido de humedad final (Wf ), Angulo de fricción interna (ϕ), cohesión (c) ,limite plástico (LP), índice de plasticidad (Ip), relación de espacios de vacios (e). Estas mediciones se realizaron tanto en época de lluvia con época seca durante un periodo de un ano, en cinco sectores (cariaprima, casupito, el león, la paredeña, y potrerito, los cuales comprenden la Cuenca del río chirgua- Municipio Bejuma Estado Carabobo Discusión de resultado Existe variabilidad estadísticamente significativa con un nivel de confianza del 95 % de las propiedades fiscas en el sector Potrerito, debido a que este sector posee mayor cantidad de arcilla presentando una media aproximada de 20 % con respecto al promedio de los demás sectores cuya media se encuentra en un rango de 4% a 8 %. A pesar que el contenido de arcilla 3% a 8% es mayor en el sector Potrerito, éste posee la mayor relación de vacio 0.4 a 2.4 con respecto al resto de los sectores 0.5 a 1, mayor porosidad, entre 0.36 y 0.50 con respecto 0.42 a 0.49 y menor cohesión, entre 0.02 a 0.04 Kg/cm 2 con respecto a 0.23 a 0.49 Kg/cm 2 . Esto posiblemente se deba a las actividades de labranza, la pendiente del terreno y el direccionamiento de la labranza. Los altos valores de la relación de vacio y la porosidad causan la alta tasa de infiltración en la fase I que presenta este sector con relación a los otros sectores. En consecuencia se espera que estos valores causen desviaciones atípicas en los datos para la modelación matemática. La variabilidad espacial tal como se muestra tanto en los mapas y como en los cálculos estadísticos se refleja un coeficiente de variabilidad bajo para el conjunto de datos en la mayoría de los sectores en todas las variables. Para el caso del contenido de arcilla en cual presenta un coeficiente de variabilidad estadístico alto 75,14 % esto se debe a que existe diferencias estadísticamente significativas entre en la medias de los datos de cada uno de los sector. Esto es posible debido a la naturaleza misma del suelo y la pendiente del terreno. Las variables incluidas en el modelo matemático fueron sometidas a la prueba estadística T de student. Para determinar la significación de los parámetros de las variables a un nivel de confianza del 95%. Se encontró que la cohesión es la variable la cual tiene menos significancia en cada uno de los modelos en el nivel de información disgregado así como el contenido de arcilla para en nivel de información global esto se debe a que el suelo predominantees arena limosa. Estos son suelo donde las variables mencionadas tienen poca influencia. Por tanto deben tomarse en cuenta los coeficientes donde los valores de p sean mayores a 5%. Al comparar los valores de las estimaciones de los parámetros en los modelos matemáticos de infiltración en cada una de sus fases para cada nivel de información (global y disgregado) y luego de haber realizado la eliminación de variables aplicando la técnica backward se puede observar que las variables que más contribuyen a explicar el fenómeno de infiltración son la porosidad, el contenido de limo y la permeabilidad. La influencia de las variables en el orden mencionado antes se explica de la siguiente manera: la porosidad y la permeabilidad se relacionan con las labores de labranza realizadas sobre el terreno en los ciclos de cultivo de maíz y papa ya que durante el periodo de desarrollo de tales cultivos se requiere el paso de maquinaria para aplicación de fertilizantes y agroquímicos para el control de plagas, así como la aplicación de riego. Estas actividades alteran la estructura del suelo en las parcelas agrícolas. A sí mismo la pendiente del terreno y el surcado de labranza son factores que pueden influir en tales propiedades. El contenido de limo es influyente debido a la naturaleza del suelo. El resto de las variables que tienen poca influencia se debe a que no presentan variabilidad estadística significativa a un nivel de confianza del 95% entre sectores resultando aproximadamente constantes y no representativos para la explicación del fenómeno. Conclusiones La influencia de un mayor contenido de arcilla en el suelo de las parcelas agrícolas se ve afectado por las labores de labranza, pendiente del terreno y direccionamiento de los surcos. Estos factores favorecen el incremento de la porosidad y permeabilidad aumentando la tasa de infiltración. En la modelación de infiltración, la naturaleza areno-limosa predominante en el suelo de las parcelas agrícolas en los seis sectores causa que las variables contenido de arcilla y cohesión sean las menos significativas Los modelos de infiltración por fase. Pueden ser empleados para la estimación de escorrentía superficial y son adaptables para la condición de suelo seca, media y saturada. Recomendaciones Estos modelos pueden ser utilizados para representar el proceso de infiltración. Puede ser empleado para ajustes de tiempos de riego y en la estimación de escorrentía superficial bajo riego por aspersión y lluvia. Debido a que se ajusta a los datos en las tres etapas del proceso de infiltración: Predetención, detención transición y Predetención estabilización. Para el suministro de agua al cultivo de la papa (Solanum tuberosum L). Se recomienda reducir los tiempos de riego de 2 horas a duraciones entre 30 y 40 minutos. Al cabo de este tiempo, un suelo limoso posee una humedad próxima al límite líquido que varía entre 30 y 40%, la cual es apropiada para este tipo de cultivo. Se recomienda ampliar las mediciones para validar el comportamiento de estos modelos para otros tipos de suelo REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS A.p. j. de roo, L. hazelhoff, yg.b. heuvelink.(1996)-Estimar los efectos de variabilidad espacial de la infiltración en la salida de en la salida utilizando el modelo de monte Carlos. Archila A., Hernández D., (2009). Comparación de modelos matemáticos de infiltración en el Sector El León. Cuenca del río Chirgua. Estado Carabobo. Tesis de Grado. Universidad de Carabobo. Venezuela Araujo J., Mata F., (2009). Caracterización espacial de propiedades físicas de suelo. Cuenca del río Chirgua-Sector El León, Municipio Bejuma-Estado Carabobo. Período húmedo 2008. Córdova Y., Jimenez J. M., (2009). Comparación de modelos matemáticos de infiltración en el Sector Casupito. Cuenca del río Chirgua. Estado Carabobo. Tesis de Grado. Universidad de Carabobo. Venezuela Chacón Ch., Segura F., Sandoval A., (2009). Comparación de modelos matemáticos de infiltración en una parcela en el Sector Cariaprima. Período húmedo 2008. Cuenca del río Chirgua. Estado Carabobo. Tesis de Grado. Universidad de Carabobo. Venezuela Da Graca E., Saturno Y., (2009). Comparación de modelos matemáticos de infiltración en el Sector Cariaprima. Cuenca del río Chirgua. Estado Carabobo. Tesis de Grado. Universidad de Carabobo. Venezuela Figueredo J., Rosillo E., (2009). Caracterización espacial de propiedades físicas de suelo. Cuenca del río Chirgua-Sector La Colonia, Municipio Bejuma-Estado Carabobo. Período húmedo 2008. Girón M., Morillo J., (2009). “Comparación de modelos matemáticos de infiltración en el sector potrerito- cuenca del río Chirgua, municipio Bejuma - Estado Carabobo‖. Período húmedo 2008 Guevara, Y., Gaeta L., (2009). Caracterización espacial de propiedades físicas de suelo. Cuenca del río Chirgua-Sector El León, Municipio Bejuma-Estado Carabobo. Período húmedo 2008. g.van de genache, d.mallants, j.ramos, j.a. deckers y j.feyen,(1996) – estimación de la infiltración basado en los parámetros de suelo Manrique, O., Velásquez Y., Gómez Y (2009). Comparación de modelos matemáticos de infiltración en el Sector La Paredeña. Cuenca del río Chirgua. Estado Carabobo. Tesis de Grado. Universidad de Carabobo. Venezuela López M., De Ornelas I., (2009). Comparación de modelos matemáticos de infiltración en una parcela en el Sector La Colonia. Período húmedo 2008. Cuenca del río Chirgua. Estado Carabobo. Tesis de Grado. Universidad de Carabobo. Venezuela Sánchez J., Sortino C., (2009). Comparación de modelos matemáticos de infiltración en el Sector La Paredeña. Período húmedo 2008. Cuenca del río Chirgua. Estado Carabobo. Tesis de Grado. Universidad de Carabobo. Venezuela Muñoz H., (2009). Comparación de modelos matemáticos de infiltración en una parcela en el Sector El León. Período húmedo 2008. Cuenca del río Chirgua. Estado Carabobo. Tesis de Grado. Universidad de Carabobo. Venezuela Quintero A. y Altamiranda, K., (2009). Comparación de modelos matemáticos de infiltración en el Sector La Paredeña. Cuenca del río Chirgua. Estado Carabobo. Tesis de Grado. Universidad de Carabobo. Venezuela Silva W., Sifontes C., (2009). ). Comparación de modelos matemáticos de infiltración en una parcela en el Sector Potrerito. Período húmedo 2008. Cuenca del río Chirgua. Estado Carabobo. Tesis de Grado. Universidad de Carabobo. Venezuela Soil Survey Division Staff. 1993. Soil survey manual. Soil Conservation Service. U.S. Department of Agriculture Handbook 18. http://soils.usda.gov/technical/manual/ Surendra kumar mishra, j.v. tyagi y vijay Singh, (2003).–comparación de los modelos de infiltración. Velásquez, L., (2009). Comparación de modelos matemáticos de infiltración en una parcela en el sector La Paredeña- cuenca del río Chirgua, municipio Bejuca- Estado Carabobo. Zamora R., Toro E., (2008), Comparación de modelos matemáticos de infiltración en el Sector La Paredeña. Cuenca del río Chirgua. Estado Carabobo. Tesis de Grado. Universidad de Carabobo. Venezuela. http://soils.usda.gov/technical/manual/ Introducción El prestar especial atención a los procesos físicos que se desarrollan en el perfil del suelo como consecuencia del manejo realizado y de las condiciones ambientales se considera de vital importancia ya q estos factores son responsables de características que presenta el suelo. Los efectos de estos procesos son acumulativos en el tiempo y tienen su expresión práctica para el productor en aspectos tan cotidianos como la respuesta de sus cultivos a la fertilización, las condiciones de humedad del suelo que permiten o no sembraren el momento adecuado, condiciones de piso para entrar a cosechar, al encharcamiento, rendimiento de los cultivos, etc. En la agricultura moderna es fundamental mejorar la calidad de diagnóstico del funcionamiento físico del suelo con la finalidad de elaborar mejores estrategias en lo que ha su manejo se refiere. Una de estas metodologías de diagnóstico, de gran practicidad, es la medición de la capacidad de infiltración de los suelos. La infiltración se refiere a la entrada de agua en el perfil a través de la superficie del suelo. Este proceso es controlado por varios factores, uno de los cuales es la estructura de la superficie. Dicha metodología se basa en la recolección de datos para pronosticas atreves de un modelo matemático la influencia de todas esas variables las cuales son características esenciales del suelo, para poder así pronosticar en que proporción se contribuye a optimizar el proceso de preparación del suelo para el cultivo a realizar con el simple conocimiento de algunas de las variables que integran la ecuación del modelo matemático. A partir de los datos de infiltración obtenidos de experimentación de campo en 6 sectores en la cuenca alta de río Chirgua, se estimaran los parámetros de un modelo de infiltración. Para cada fase del proceso de infiltración para dos tipos de niveles de información uno para un nivel donde se desglosa la granulometría del suelo y otro nivel donde se realiza su textura. Luego de estimado los parámetros de cada modelo se harán comparaciones de las soluciones analíticas estimadas con los datos experimentales de infiltración y se seleccionara el modelo que represente de mejor forma las condiciones estudiadas. El trabajo estará desarrollado en cuatro capítulos, de la siguiente forma: El Capítulo I brinda el planteamiento del problema conjuntamente con los objetivos, justificación, alcances y limitaciones presentes en el desarrollo de este trabajo. El Capítulo II contiene las bases teóricas necesarias para el conocimiento y comprensión del proceso de Infiltración, las bases para la realización los análisis que se le realizaran tanto a los datos como a los modelos matemáticos. En el Capítulo III se establece la metodología tanto para el análisis de datos, el procesamiento de los datos, la determinación y el análisis de los parámetros de los modelos de infiltración. En el Capítulo IV se entra de lleno en la resolución analítica de los parámetros de cada modelo y relación de estos parámetros con propiedades de los suelos y se hace el análisis de los resultados obtenidos en la comparación de los datos experimentales con las soluciones analíticas de los modelos de infiltración utilizados. Finalmente se dan las conclusiones acerca de los resultados obtenidos, utilizando los modelos de infiltración que explican con más eficiencia el fenómeno de infiltración y el aporte al proceso de la agricultura en los sectores de estudio. CAPITULO I EL PROBLEMA PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El suelo es el soporte natural de las actividades del hombre; dirigidas al aprovechamiento de su potencial productivo. Uno de los problemas ambientales relacionados con el uso del suelo es la pérdida del mismo por erosión hídrica y la consiguiente disminución de su fertilidad. La carencia de modelos matemáticos adaptados a condiciones locales que simulen los procesos hidrológicos tales como infiltración o erosión tiende a generar un mal empleo de los recursos hídricos de los terrenos agrícolas a nivel mundial. En el año 1.992, en la cumbre de la Tierra llevada a cabo en la ciudad de Río de Janeiro fue suscrito el documento Agenda 21. A esta cumbre asistieron los jefes de estado de 179 países. Tomando en consideración las premisas hechas en la Sección II, Capítulo 14, el cual plantea que la degradación del suelo es el principal problema ambiental que enfrentan tanto los países desarrollados como los países en desarrollo, siendo la erosión particularmente el problema más agudo en los países en desarrollo, en tanto que los problemas de salinización, pérdida de la fertilidad del suelo y contaminación del suelo aumentan en todos los países. (Zambrano 1993). Y la degradación de la tierra es grave, ya que la productividad de vastas zonas está disminuyendo precisamente cuando aumenta rápidamente el crecimiento de la población y se acrecienta la demanda para producir más alimentos, fibras y combustibles. Completar la idea, se ve como tarzaneao. Los párrafos no deben tener menos de 6 líneas, por cuestiones de estética visual. Venezuela, como el resto de los países, no escapa de la situación generada por la degradación de los suelos, especialmente los suelos cultivables; ocasionada esta situación por la prácticas tradicionales del cultivo de la tierra como actividades comunes para la preparación de las zonas con alto potencial agrícola y pecuario tal es el caso del uso de los sistemas de riego, que no obstante, constituye un factor clave para el desarrollo agrícola, es también una herramienta con un alto riesgo de daño ambiental. Peralta (s.f). La Comisión de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas (1997) destacaba que en Venezuela el Ministerio Agricultura y cría, guiándose por las pautas de la agenda 21 formuló en el año 1.997 un Plan Alimentario Nacional y un Plan de Desarrollo Agrícola de mediano plazo, Fortalecimiento y Modernización del Servicio de Sanidad Agropecuaria. Difusión y promoción a escala nacional de prácticas agrícolas ambientales, como por ejemplo, la labranza mínima y Programas Intensivos de Capacitación, en materia de desarrollo sustentable a nivel del poder regional. Estos planes conducen a la sustentabilidad como factor principal, pero cómo llevarse a cabo dichos planes si no se conoce el comportamiento de los suelos agrícolas en su totalidad. Es aquí donde toma valor la necesidad de realizar mediciones en campo y experimentos en laboratorios a fines para conocer los parámetros de estos suelos y su comportamiento en las distintas condiciones que se presenten (riego, tipo de siembra, período seco o húmedo, entre otros). En ese sentido, en la cuenca del río Mucujeque del Estado Mérida se presenta una problemática que retrata esta situación. Linares (2004) ha determinado que en dicha cuenca, con un área de 17.148 ha, presenta una susceptibilidad moderada a la erosión hídrica de 70,73%, el 28,75% presenta áreas con alta sensibilidad a la erosión hídrica y el 0,47% del total del área estudiada tienen muy alta susceptibilidad a la erosión hídrica. Por otra parte, el valle de Chirgua, ubicado en el Estado Carabobo, no está exento de esta problemática. Los suelos agrícolas de esta zona están constantemente sometidos a los efectos de la erosión y transporte de sedimentos, generando pérdidas de suelo que al no ser cuantificadas, disminuyen la productividad en los cultivos de la zona, conformados principalmente por el cultivo del tubérculo de papa (Solanum Tuberosum) y el maíz (Zea maíz), que constituyen una importante fuente de ingresos económicos para esta población, los cuales se desarrollan bajo riego y precipitación. No obstante que el cultivo de la papa es un cultivo que transforma intensamente la estructura del suelo, lo degrada, erosiona y lo satura de nitratos FAO (2008a). ―Se estima que todos los años como consecuencia de la degradación de los suelos se pierden 24.000 millones de toneladas de tierras cultivables, lo que tiene graves consecuencias para la producción agrícola‖. ONU (2002). La seguridad alimentaria mundial está amenazada. Por una parte, en todo el mundo el uso agrícola de la tierra está causando graves pérdidas de suelo. Es muy probable, que la raza humana no pueda alimentar una población creciente, si la pérdidade suelos fértiles por el uso agrícola continúa con esta tendencia, FAO (2000). Por otra parte, la utilización de terreno con potencial agrícola para fines urbanísticos, obliga al productor a desplazarse hacia terrenos más inclinados y de menor capacidad agrícola, por tanto más susceptibles a la erosión. Para coadyuvar al establecimiento de condiciones favorables orientadas a la recuperación de tierras actualmente degradas o potencialmente susceptibles de degradación en la Agenda 21 (1992) se plantea lo siguiente: Poner en práctica políticas, programas amplios para la recuperación de las tierras degradadas y la conservación de las zonas en peligro, así como mejorar la planificación general, la ordenación y el aprovechamiento de los recursos de tierras y conservar la fertilidad del suelo para lograr un desarrollo agrícola sostenible. Esta investigación se propone incrementar el conocimiento de un modelo matemático de infiltración basado en las propiedades físicas del suelo con el fin de promover la adopción de mejores prácticas de labranza que se enfoquen en el uso sustentable de los recursos naturales suelo y agua. Objetivos de la Investigación Objetivo General Elaborar un modelo matemático de infiltración basado en las propiedades físicas del suelo. Cuenca del río chirgua- Municipio Bejuma Estado Carabobo. Objetivos Específicos 4. Analizar variabilidad estadística y espacial de las propiedades físicas del suelo empleados para la modelación matemática de la infiltración. 5. Formular los modelos matemáticos prototipos de infiltración basados en el análisis de las propiedades físicas del suelo. 6. Evaluar la influencia de las propiedades físicas del suelo sobre la estimación del fenómeno de infiltración. Justificación Es de dominio publico que en los suelos agrícolas, debido al manejo inadecuado y prolongado, presentan problemas de erosión hídrica y transporte de sedimentos, agravados por las características topográficas que lo hacen susceptible a estos fenómenos, generando grandes pérdidas de su capa superficial que al no ser cuantificadas y subsanadas, disminuyen su productividad y dificultan su sostenibilidad para garantizar la seguridad alimentaria de las generaciones futuras. Este estudio tiene como finalidad que en el futuro, el agricultor implemente técnicas sustentables para el manejo de los recursos naturales que posee, incrementando así la productividad de los suelos sin degradarlos, garantizando así la seguridad alimentaria del país. Considerando que la producción de estos insumos agrícolas constituyen una fuente de ingresos económicos para la comunidad del Valle de Chirgua (sector la Paredeña), por constituirse en su principal sustento, es imperativo el estudio y la evaluación de los factores incidentes en el excesivo transporte de sedimentos fuera del área de cultivo. Esta investigación servirá como antecedente y orientación para futuros trabajos de investigación que estén relacionados hacia este campo, al generar una base de datos que permita construir modelos matemáticos de pronóstico sobre las variables que afectan el transporte de sedimentos, campo investigativo que actualmente la Universidad de Carabobo desarrolla a través del Departamento de Ingeniería Ambiental en la zona agrícola de Chirgua en el Estado Carabobo; tomando en cuenta la importancia de esta zona productiva para el Estado en materia de conservación del recurso suelo. Además permitirá incorporar experiencias en modelos matemáticos a las asignaturas del Departamento de Ingeniería Ambiental. Delimitación El presente estudio pretende formular un modelo matemático que establezca el grado de correlación de la infiltración con respecto a las otras propiedades físicas suelo, el cual tendrá como base de datos la obtenida mediante investigaciones realizadas con anterioridad en la cuenca en estudio. Las propiedades físicas con las cuales se realizara el modelo matemático son: infiltra (F), granulometría del suelo seccionados en sus porcentajes retenidos como son:(% ret #4, (% ret #10) , (% ret #20) , (%ret #40), (%ret #60), (%ret #100), (%ret #200) , porosidad(ƞ ), limite liquido (LL),permeabilidad ( κ) , gravedad especificas (Gs), contenido de humedad inicial Wi, contenido de humedad final (Wf ), Angulo de fricción interna (ϕ), cohesión (c) ,limite plástico (LP), índice de plasticidad (Ip), relación de espacios de vacios (e). Estas mediciones se realizaron tanto en época de lluvia con época seca durante un periodo de un ano, en cinco sectores (cariaprima, casupito, el león, la paredeña, y potrerito, los cuales comprenden la Cuenca del río chirgua- Municipio Bejuma Estado Carabobo CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO A continuación se expone un resumen de investigaciones realizadas en el área de estudio de proceso de infiltración, que bien sea por su contenido o metodología servirán de base para el desarrollo del Trabajo especial de Grado. Antecedentes Quintero y Altamiranda.(2.009)-Comparación de modelos de infiltración en campos agrícolas en el sector potrerito-cuenca del rio chirgua, Venezuela.- En esta investigación se compararan modelos matemáticos para pronosticar infiltración. La zona de estudio está ubicada en el Sector Potrerito, cuenca del río Chirgua, Estado Carabobo, Venezuela, presenta el siguiente uso; 80% agrícola, 6% residencial, 6% avícola y 2% recreacional. Se realizaron pruebas con infiltrómetros y se caracterizaron propiedades físicas de suelos. Se determinó que; el suelo del Sector Potrerito es de grano fino pues el 100%, la permeabilidad varió en un rango de 7 a 60 mm/hora. La humedad varió entre 3 a 18%, la porosidad entre 0,31 y 0,50, relación de vacíos entre 0,45 y 1,02, la gravedad específica entre 2,3 y 2,67. La tasa de infiltración inicial o en el primer intervalo varió entre 1200 a 120 mm/h. Los modelos de pronóstico de infiltración arrojaron una calidad de ajuste a los datos observados superior al 70 %, dependiendo únicamente del tiempo, tales como los de Philip, Horton y Kostiakov. De esta investigación se extrajeron los datos para la modelación matemática de infiltración. Zamora y Toro (2.009). Compararon Modelos de infiltración en campos agrícolas en el sector cariaprima-cuenca del rio chirgua, Venezuela. En este trabajo se comparan las estimaciones de la infiltración determinadas mediante el uso de nueve modelos: cuatro con base física, dos semi-empíricos y tres empíricos. Para fines de predicción, se considera que los ajustes de los modelos son satisfactorio cuando el coeficiente R2 es igual o mayor que 0.7. Los modelos que incluyen la variable tiempo, tal como Mishra-Singh, Kostiakov y Horton, arrojaron un ajuste satisfactorio. De esta investigación se extrajeron los datos para la modelación matemática de infiltración. Surendra kumar mishra, j.v. tyagi y vijay Singh, (2003).– estimating infiltration parameters from basic soil properties. compararon catorce modelos de infiltración, algunos basados en proceso físicos, otros semi-empíricos y algunos empíricos, usando el criterio de la eficacia de Nash y de Sutcliffe, los modelos fueron evaluados y comparados para 243 conjuntos de datos de la infiltración medidos en campo y de pruebas de laboratorio realizadas en la India y los E.E.U.U. en suelos que se incluían desde una arena gruesa a una arcilla fina. De acuerdo con una escala que calificaba relativa, el modelo general semi-empírico de Singh-Yu, el modelo de Holtan y el modelo de Horton fueron calificados respectivamente como 6.52, 5.57 y 5.48, así como por encima de 10. El modelo empírico de Huggins y de Monke, el modelo modificado de Kostiakov y de Kostiakov fueron calificados como 5.57, 5.30 y 5.22, respectivamente. La contribución de esta investigación se enfoca en la metodologíaempleada El aporte a esta investigación es la Metodología empleada en el estudio citado para este Trabajo Especial de Grado Palabras Claves: dinámica de infiltración, modelos conceptuales, modelos matemáticos de infiltración. Bases Teóricas Regresión lineal En la búsqueda de mejorar en la solución de problemas es necesario investigar la relación entre factores o variables, para lo cual existen varias herramientas estadísticas entre las cuales se encuentran el diagrama de dispersión, el análisis de correlación y el análisis de regresión, este último lo cual explica en forma matemática el comportamiento de una variable de respuesta en función de una o más variables independientes, también puede usarse para explicar la relación entre variables. Para ello son necesarios los datos, los cuales pueden obtenerse de experimentos planeados. La regresión lineal múltiple es la manera de explicar de forma matemática el comportamiento de una variable de respuesta en función de dos o más variables independientes. (Gutiérrez, 1997) Regresión lineal múltiple La regresión lineal múltiple es la manera de explicar de forma matemática el comportamiento de una variable de respuesta en función de dos o más variables independientes. En muchas situaciones prácticas existen variables independientes ―X‖ que se cree que influyen o están relacionadas con una variable de respuesta ―Y‖, por ejemplo, para predecir el consumo de electricidad en una casa de habitación tal vez es necesario considerar el tipo de residencia, el número de personas que la habitan, la temperatura promedio de la zona, etc. Sean variables independientes o represoras, y sea Y una variable de respuesta, entonces el modelo de regresión lineal múltiple con k variables independientes es el polígono de primer orden, (1) Donde los son los parámetros del modelo, que se conocen como coeficientes de regresión y es el error aleatorio, con media cero, y . En la ecuación antes planteada si , estamos en el caso de regresión lineal simple y el modelo es una línea recta, si , tal ecuación representa un plano. En general la ecuación representa un hiperplano en el espacio de k dimensiones generadas por las variables . El término lineal del modelo de regresión se emplea debido a que la ecuación planteada es una función lineal de los parámetros desconocidos . La interpretación de esto es muy similar a la regresión lineal simple: es la ordenada al origen y mide el cambio esperado en por cambio unitario en , cuando el resto de las variables regresoras se mantienen fijas o constantes. Es frecuente que en la práctica se requiera de mayor orden para explicar el comportamiento de en función de las variables regresoras por ejemplo suponiendo que se tienen dos variables independientes y que se sospecha que la relación entre y alguna de las variables independientes es cuadrática, por ello quizás se requiera un polinomio de segundo orden como el modelo de regresión: (2) Este también es un modelo de regresión lineal múltiple, ya que la ecuación es una función lineal de los parámetros desconocidos . Pero además si definimos ; entonces la ecuación puede escribirse como: (3) La cual tiene la misma forma que el modelo general de regresión lineal múltiple de la expresión, (2) con lo antes expuesto, se presenta la posibilidad de abordar el problema de estimación de los parámetros del modelo de regresión múltiple, que será aplicable a una amplia gama de modelos que pueden reducirse a la forma general de la expresión (2). Figura 1 Estructura de los datos para la regresión lineal múltiple Tabla….. Para estimar los parámetros de regresión lineal múltiple se necesita contar con n datos , que tienen la estructura descrita en la tabla (11.8) en donde se aprecia que para cada combinación de valores de variables regresoras, se observa un valor de variable independiente . En términos de los datos, el modelo de regresión lineal múltiple puede escribirse de la siguiente manera: (4) Al despejar los errores, elevándolos al cuadrado y sumándolos obtenemos la siguiente función: (5) Esta función depende de los parámetros se obtiene al minimizar los errores, es decir, minimizando S. Esto se logra si derivamos a S respecto de cada parámetro β, , las ecuaciones resultantes se igualan a cero. La solución de las ecuaciones simultáneas son los estimadores de mínimos cuadrados . De la cual se genera la ecuación más sencilla: (6) O como una ecuación matricial (7) De la cual podemos encontrar el vector de los estimadores de mínimos cuadrados . La ultima igualdad se debe a que es una matriz (1 x 1), o una escalar, y por lo tanto su transpuesta = es el mismo escalar. De aquí que los estimadores de mínimos cuadrados deban satisfacer la siguiente expresión: (8) Pruebas de hipótesis en regresión lineal múltiple Lograr saber si el producto de una regresión lineal múltiple es realmente significativo es a nivel global la más importante de las hipótesis. Para determinar esto es necesario probar las siguientes hipótesis: La hipótesis al ser aceptada implica que ninguno de los términos en el modelo tiene una contribución significativa, mientras que al rechazarse significa que por lo menos un término si lo hace. Para comprobar esta hipótesis es necesario descomponer la suma total de cuadrados en la sumatoria de los cuadrados del error y la sumatoria de los cuadrados de la regresión: (9) Si es verdadera entonces tiene una distribución donde el número de grados de libertad, k, es igual al número de términos en el modelo de regresión, además si , y y son independientes. Luego es natural que el estadístico de prueba para la significancia del modelo de regresión lineal múltiple esta dado por: (10) Que tiene una distribución . Así se rechaza , si o también si . Figura 2 resumen de formulas para el calculo estadístico Fue nte de variación Suma de cuadrados Gra dos de libertad Cu adrado medio F o Val or-p Reg resión K Err or o residuo n-k- 1 Tot al n-1 Coeficiente de determinación Este coeficiente mide la proporción de la variabilidad de los datos respuesta (Y) que es explicada por el modelo, su valor viene expresado en porcentaje y puede dar una idea de la calidad del ajuste del modelo a una ecuación lineal. (12) Coeficiente de correlación múltiple Mide la intensidad de la relación entre la variable dependiente y las variables regresoras del modelo. Se calcula como la raíz cuadrada del coeficiente de determinación (13) Error estándar de estimación Es una medición sobre la calidad del ajuste a un modelo la cual estima la desviación estándar del error. Cuando el modelo se ajusta mejor la suma de los cuadrados del error será menor y en consecuencia el error estándar de estimación también será menor, su determinación en la regresión lineal múltiple viene dada por la siguiente expresión: (15) Media del error absoluto Es la media del valor absoluto de los residuos, sirve para ver cuánto falla en promedio el modelo al hacer la estimación de la variable de respuesta, mientras mejor sea el ajuste los residuosserán más pequeños y en consecuencia también lo será el valor de la media de error absoluto . (16) Figura 3 resumen de ecuaciones para el análisis estadístico Pará metro Esti mación Error estándar Estadístico Val or-p Interc epción Selección de variables en la regresión lineal múltiple En ocasiones los estimadores no son independientes entre sí, como generalmente se puede apreciar en lo elementos que están fuera de la diagonal principal la matriz , esto hace que un coeficiente aparente ser significativo porque su estimador está correlacionado con el estimador, , que si tiene una contribución significativa en el modelo. La prueba t sobre la significancia de los términos del modelo, combinada con los coeficientes de determinación y el error cuadrático medio, puede facilitar la depuración del modelo en el cual permanezcan solo los términos más significativos en la explicación de la variable de respuesta. Para determinar esto, se necesita: Mostrar en una tabla la prueba t para cada uno de los términos. Se elije el término que en dicha prueba obtuvo el menor de los valores to, esta variable es la que menor contribución tuvo a la explicación de la variable de respuesta. Se quita este término del modelo. Se ajusta un nuevo modelo. Se comparan los coeficientes de determinación R2, y para los dos modelos. Si la variación es despreciable entre estos factores y quizás el valor de sube un poco entonces el término se puede eliminar de manera definitiva del modelo. Se repiten todos los procesos anteriores hasta que solo queden variables significativas en el modelo. Operacionalización de Variables y Formulación De Hipótesis El cuadro de operacionalización de variables de la investigación se indica mediante el Cuadro 1. Este indica los instrumentos mediante los cuales se dará respuesta a los objetivos específicos. Cuadro 1. Cuadro de Operacionalización de Variables OBJETIV O VARIA BLE NOMINAL VARIA BLE REAL INDICADORES INSTRU MENTO 1. 1. Analizar variabilidad estadística y espacial de las propiedades físicas del suelo empleados para la modelación matemática de la infiltración. Propi edades físicas de suelo Infiltrac ión (Fi) Tamañ o de partículas Porosi dad (ƞ ) Conten ido de humedad inicial (Wi) Conten ido de humedad final (Wf) Perme abilidad (κs) Graved ad Especifica (Gs) Limite Lamina de agua la cual penetra en el suelo por unidad de tiempo. Porcentajes: % Arena % Limo % Arcilla espacios vacíos del suelo Peso del agua dividido por el peso de la partícula solidad en un elemento de suelo inicial. Peso del agua dividido por el peso de la partícula solidad en un elemento de suelo final. Flujo vertical en suelo saturado (mm/h) Peso especifico de los sólidos Contenido de humedad correspondiente a 25 golpes. Contenido de humedad Correspondiente a Análisis estadístico de comparación de muestras múltiples: Tabla de resumen estadístico Prueba de Rangos Múltiples Gráficos de medias con límites de decisión al 95% OBJET IVO VARIA BLE NOMINAL VARIAB LE REAL INDICADORES INSTRU MENTO 2. Formular los modelos matemáticos prototipos de infiltración basados en el análisis de las propiedades físicas del suelo. Propi edades físicas de suelo Infiltrac ión (Fi) Tamañ o de partículas Porosi dad (ƞ ) Conten ido de humedad inicial (Wi) Conten ido de humedad final (Wf) Perme abilidad (κs) Grave dad Especifica (Gs) Limite Líquido (LI) Lamina de agua la cual penetra en el suelo por unidad de tiempo Porcentajes: % Arena % Limo % Arcilla espacios vacíos del suelo Peso del agua dividida por el peso de la partícula solidad en un elemento de suelo. Peso del agua dividida por el peso de la partícula solidad en un elemento de suelo Flujo vertical en suelo saturado (mm/h) Peso especifico de los sólidos Contenido de F1= β1 (% Arena)+ β2 (% Limo) + β3 (% Arcilla) + β4 (ƞ )+ β5 (Wf)+ β6 (W i)+ β7 (ƞ ) + β8 (Gs ) + β9 (Ll) + β10 (Ll) + β11 (Lp) + β12 (c)+ β13 (φ ) OBJETIVO VARIA BLE NOMINAL VARIABL E REAL INDIC ADORES INSTRUMENTO 2. 3. Evaluar la influencia de las propiedades físicas del suelo sobre la estimación del fenómeno de infiltración. Prop iedades físicas de suelo β1, β2, β3, β4, β5, β6, β7, β8, β9, β10, β11, β12, β13, Par ámetro de la variables Tam año de partículas Poro sidad (ƞ ) Cont enido de humedad inicial (Wi) Cont enido de humedad final (Wf) Perm eabilidad (κs) Grav edad Análisis de la matriz de correlación Análisis de regresión: Prueba de Hipótesis de la regresión: Coeficiente de determinación Especifica (Gs) Limit e Líquido (LI) Límit e Plástico (LP) Coh esión (C) Angu lo de Fricción (ϕ) Descripción de variables Suelo Según William lambe ,(1974). es el sistema complejo que se forma en la capa más superficial de la Tierra, en la interfase o límite entre diversos sistemas que se reúnen en la superficie terrestre: la litosfera, que aporta la matriz mineral del suelo, la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera que alteran dicha matriz, para dar lugar al suelo propiamente dicho. (brajadas, 1993) Inicialmente, se da la alteración física y química de las rocas, realizada, fundamentalmente, por la acción geológica del agua y otros agentes geológicos externos, y posteriormente por la influencia de los seres vivos, que es fundamental en este proceso de formación. Se desarrolla así una estructura en niveles superpuestos, conocida como el perfil de un suelo, y una composición química y biológica definida. Las características locales de los sistemas implicados — litología y relieve, clima y biota — y sus interacciones dan lugar a los diferentes tipos de suelo y se pueden clasificar según su estructura granulométrica de manera general en: La arena: http://es.wikipedia.org/wiki/Roca http://es.wikipedia.org/wiki/Tipos_de_suelo Según William lambe ,(1974)representan la parte inerte del suelo y tienen por lo tanto solamente funciones mecánicas, constituyen el armazón interno sobre las cuales se apoyan las otras fracciones finas del suelo, facilitando la circulación del agua y del aire. El limo: Según William lambe ,(1974)participa solo en forma limitada en la actividad química del suelo, con las particular de diámetro inferior, mientras que su influencia en la relación agua – suelo no es insignificante, y se incrementa con el aumento de los diámetros menores de este. La arcilla: Según William lambe ,(1974). Comprende toda la parte coloidal mineral del suelo, y representa la fracción más activa, tanto desde el punto de vista físico como del químico, participando en el intercambio iónico, y relacionando en forma más o menos evidente a la presencia del agua, según su naturaleza. Por ejemplo las arcillas del grupo de las caolinitas tienen una capacidad de intercambio iónico bastante reducida, y se hinchan poco en presencia del agua, mientras que las arcillas pertenecientes a otros grupos tienen una elevada capacidad de intercambio iónico y elevada capacidad. Y de manera particular por su tamaño de partícula para lo cual se utiliza El método de determinación granulométrico más sencillo es hacer pasar las partículas por una serie de mallas de distintos anchos de entramado (a modo decoladores) que actúen como filtros de los granos que se llama comúnmente columna de tamices. Lo cual nos proporciona los porcentajes retenidos por cada tamiz según el tamaño de partícula. Porosidad (η) http://es.wikipedia.org/wiki/Malla http://es.wikipedia.org/wiki/Colador http://es.wikipedia.org/wiki/Filtro http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Columna_de_tamices&action=edit&redlink=1 Según Soil Survey Division Staff., (2003) es su sistema de espacios vacíos o poros. Los poros en el suelo se distinguen en: macroscópicos y microscópicos. Los primeros son de notables dimensiones, y están generalmente llenos de aire, en efecto, el agua los atraviesa rápidamente, impulsada por la fuerza de la gravedad. Los segundos en cambio están ocupados en gran parte por agua retenida por las fuerzas capilares. Los terrenos arenosos son ricos en macroporos, permitiendo un rápido pasaje del agua, pero tienen una muy baja capacidad de retener el agua, mientras que los suelos arcillosos son ricos en microporos, y pueden manifestar una escasa aeración, pero tienen una elevada capacidad de retención del agua. La porosidad depende de la textura y la estructura del suelo puede ser expresada con la relación; puede ser expresada con la relación; (18) Donde: P = porosidad Ve = volumen de espacios vacíos, comprendiendo los que están ocupados por gases o líquidos; V = volumen total de la muestra, comprendiendo sólidos, líquidos y gases. Infiltración Según Soil Survey Division Staff., (2003) la infiltración es el proceso de ingreso del agua desde la superficie hacia el interior del suelo. Los valores generalmente son sensibles a las condiciones próximas a la superficie así como también a las condiciones http://es.wikipedia.org/wiki/Textura_del_suelo http://es.wikipedia.org/wiki/Estructura_del_suelo de humedad antecedente. Por lo tanto, los valores están sujetos a cambios significativos con el uso del suelo, manejo y el tiempo Fases en la infiltración Tres fases de la infiltración pueden identificarse; (1) pre-detención, (2) detención transitoria y (3) detención estable. Fase I: Predetención La infiltración pre-detención se refiere al ingreso descendente del agua hacia el interior del suelo bajo condiciones en las que ésta se encuentra ausente de la superficie. La tasa de adición del agua determina la tasa de penetración del agua. Si la intensidad de lluvia se incrementa al doble, entonces la infiltración se incrementa al doble. En esta etapa, los macroporos conectados superficialmente son relativamente inefectivos en el transporte del agua descendente. No ocurre la escorrentía durante esta etapa. Fase II: Detención Transitoria A medida que la adición del agua continúa, se alcanza un punto en el que se detecta agua libre sobre la superficie del terreno. Esta condición se denomina detención. El término en este contexto es menos restrictivo que su uso en inundación. El agua libre puede quedar limitada a las depresiones y ausentarse de la mayor parte de la superficie del terreno. Una vez que ocurre el almacenamiento en detención, el control sobre la infiltración que se mueve a consecuencia de la tasa de adición del agua se relaciona a las características de la superficie del suelo. La superficie conectada que no forma parte de la matriz del suelo y la sub-superficie inicial se agrietan una vez que comienza a ser efectivo el transporte del agua descendente. La infiltración bajo condiciones donde el agua libre está presente sobre la superficie del terreno se refiere a la infiltración en detención, la tasa de agua que ingresa usualmente disminuye en forma apreciable con el tiempo debido al humedecimiento del suelo a mayor profundidad, el cual da como resultado un gradiente de succión reducido, cierre de las grietas y otros macroporos conectados superficialmente. La infiltración en detención transitoria es la etapa en la cual la infiltración en detención disminuye marcadamente con el tiempo. Fase III: Detención estable Luego de un humedecimiento prolongado bajo condiciones de detención, la tasa de infiltración se estabiliza. Esta etapa se identifica como infiltración en detención estable. Las grietas de la superficie conectada se cierran. El gradiente de succión sería pequeño y las fuerzas de conducción reducidas hasta aproximarse al gradiente gravitacional. Suponiendo la ausencia de hielo y zonas de agua libres en el interior a profundidades moderadas o elementos superficiales (costras, por ejemplo) que impidan la infiltración, la conductividad hidráulica saturada a una profundidad de ½ a 1 metro debería ser un estimador útil de la tasa de infiltración. Figura 4 formato con el cual se realizan las mediciones de infiltración en campo. DATOS DE INFILTRACION HORA INICIO : Tiempo Altura de agua añadida desde el comienzo Intervalo de tiempo Variación de la altura del agua Capac idad de Infiltración t (min.) h (cm) Δt (min.) Δh (cm) f(mm /h) 0 1 2 7 17 47 77 107 137 Estas mediciones se llevan acabo en campo para las 3 fases del proceso de infiltración tal como se describe anteriormente. Para la fase de Predetención el cual se realizan las mediciones a 1, 2 y 7 minutos, la fase de detención transitoria el cual se evalúa a los 17 y 47 minutos, fases criticas en el fenómeno de la infiltración. En la fase de detención estable en la cual se realizan las mediciones a 77, 107, y 137 minutos no se considera critica por considerar que el proceso ya se estabilizo y se conserva constante. Contenido de Humedad (W) Según William lambe ,(1974). El contenido de humedad de una determinada muestra de suelo, esta definida como el peso del agua, sobre el peso de los sólidos por cien (para dar el valor en porcentaje), y esta definida por la letra W. Una manera practica de conseguirlo. Primero pesamos dos tarros, los cuales estaban limpios y secos, en los cuales íbamos a echar la muestra, para secar en el horno. Luego le echamos una muestra del suelo en cuestión a cada uno de los recipientes, pesándolo de nuevo, teniendo en cuenta de pesar la tapa de los tarros, junto con ellos. Luego se llevaron los tarros al horno, en donde estuvieron mas de tres días (ya que era un fin de semana), lo cual nos garantizo que la mezcla estaba seca. Luego de sacarla del horno, y taparla, se peso, hallando el peso del suelo seco, y el recipiente. De esta manera tenemos todos los datos que se requieren para poder hallar el contenido de humedad del suelo en cuestión. Gravedad Específica Según William lambe ,(1974). La gravedad especifica esta definida como el peso unitario del material dividido por el peso unitario del agua destilada a 4 grados centígrados. Se representa la Gravedad Especifica por Gs. Límites de consistencia Limite Líquido (LL) Según William lambe ,(1974). En este límite el contenido de humedad (PW) en la película de agua se hace tan gruesa que la cohesión decrece y la masa de suelo fluye por acción de la gravedad. Se realiza este proceso en la cazuela y se hace una pasta de suelo- Agua. Se coloca en la cazuela y se realiza una ranura con una espátula trapezoidal para hacer una ranura por medio en dos golpear hasta que a los 20 – 25 golpes Limite Plástico (Lp) Según William lambe ,(1974). Se puede llamar una tira cilíndrica cuya finalidad es hacer una pasta de suelo con agua luego es amasada hasta crear o formar un cilindro de 10cm x 0.5cm el grosor. Después fragmentar con una espátula, lo cual consiste en reunir los fragmentos y empezar en el numero 2. Determinar la cantidad de humedad en 105°C Para evaporarse, es decir el cambio de consistencia de friable a plástica. Luego se debe aplicar la siguiente formula: http://www.monografias.com/trabajos14/administ-procesos/administ-procesos.shtml#PROCEhttp://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtml Cohesión (C) Según William lambe ,(1974). Fuerza debida a atracción molecular en razón, a que las partículas de arcilla presentan carga superficial, por una parte y la atracción de masas por las fuerzas de Van der Walls, por otra (gavande, 1976)… Además de estas fuerzas, otros factores tales como compuestos orgánicos, carbonatos de calcio y óxidos de hierro y aluminio, son agentes que integran el mantenimiento conjunto de las partículas. La cohesión: entonces es la atracción entre partículas de la misma naturaleza. Periodo de riego lapso durante el cual se realiza el riego del cultivo con aspersores los cuales reparte el agua en cantidades similares en un radio entre 7 y 15 metros, con un tiempo aproximado de 2 horas por jornada de riego. Figura 5 Cronograma para la siembra de papa en la Cuenca del río Chirgua- Estado Carabobo NOVIEMBRE N º Actividades 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 1 http://www.monografias.com/trabajos10/clorofa/clorofa.shtml http://www.monografias.com/trabajos/metalprehis/metalprehis.shtml http://www.monografias.com/trabajos13/tramat/tramat.shtml#ALUMIN http://www.monografias.com/trabajos15/mantenimiento-industrial/mantenimiento-industrial.shtml http://www.monografias.com/trabajos7/filo/filo.shtml 1 Acondicionamiento del terreno 1 .1 Arado 1 .2 Nivelación 2 Siembra 3 Fertilización 4 Control de malezas y plagas 5 Desarrollo del cultivo 6 Manejo del agua 6 .1 Irrigación 6 .2 Lluvia 6 Recolección (Cosecha) N º Actividades DICIEMBRE 1 Acondicionamiento del terreno 1 .1 Arado 1 .2 Nivelación 2 Siembra 3 Fertilización 4 Control de malezas y plagas 5 Desarrollo del cultivo 6 Manejo del agua 6 .1 Irrigación 6 .2 Lluvia 6 Recolección (Cosecha) ENERO N º Actividades 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 1 1 Acondicionamiento del terreno 1 .1 Arado 1 .2 Nivelación 2 Siembra 3 Fertilización 4 Control de malezas y plagas 5 Desarrollo del cultivo 6 Manejo del agua 6 .1 Irrigación 6 .2 Lluvia 6 Recolección (Cosecha) FEBRERO N º Actividades 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 1 1 Acondicionamiento del terreno 1 .1 Arado 1 .2 Nivelación 2 Siembra 3 Fertilización 4 Control de malezas y plagas 5 Desarrollo del cultivo 6 Manejo del agua 6 .1 Irrigación 6 .2 Lluvia 6 Recolección (Cosecha) MARZO N º Actividades 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 1 1 Acondicionamiento del terreno 1 .1 Arado 1 .2 Nivelación Cuadro 7.4.Cronograma para la siembra del maíz en la Cuenca del río Chirgua. Estado Carabobo 2 Siembra 3 Fertilización 4 Control de malezas y plagas 5 Desarrollo del cultivo 6 Manejo del agua 6 .1 Irrigación 6 .2 Lluvia 6 Recolección (Cosecha) Abril N º Actividades 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 1 Acondicionamiento del terreno 1 .1 Trituración de la vegetación 2 Siembra 3 Fertilización 4 Control de malezas y plagas 5 Desarrollo del cultivo 6 Manejo del agua 6 .1 Irrigación 6 .2 Lluvia
Compartir