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INFILTRACION SUELO 17 10
63 pag.
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Ing. Ricardo Baca Rueda
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 
FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL
CURSO: HIDROLOGIA GENERAL
TEMA: INFILTRACION
(17/10/2019)
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Agua superficial
• Infiltración
• Humedad del suelo
• Flujo subsuperficial
• Flujo subterráneo
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Flujo en medio poroso
• Aguas subterráneas
• Todas las aguas que se encuentran debajo de la superficie del suelo
• Ocupan los poros (dichos espacios no son ocupados por la materia 
sólida)
• Medio poroso
• Numerosos poros de tamaño pequeño
• Los poros contienen fluidos (ejemplo: agua y aire)
• Los poros actúan como conductos para la circulación de fluidos
• El almacenamiento y el flujo a través de medios 
porosos se ve afectada por:
• Tipo de rocas en una formación geológica
• Número, tamaño, y disposición de poros
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Zonas de saturación
Zona no saturada
• Zona entre la superficie terrestre y la 
napa freática
• Poros contienen agua y aire
• También llamado como zona no 
saturada o de la zona de aireación
Zona saturada
• Poros están completamente llenos de 
agua
• Contiene agua a mayor presión que la 
atmosférica
• También se llama zona freática
Franja capilar
• Zona inmediatamente encima del nivel freático que se satura por fuerzas capilares
Tabla de agua
• Superficie donde la presión del agua en los poros es atmosférica
• Divide la zona saturada de no saturada
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Agua en el suelo
Agua Higroscópica
• Película microscópica de las partículas del suelo que 
rodea agua
• Atracción molecular fuerte; el agua no puede ser eliminado 
por fuerzas naturales
• Fuerzas adhesivas (> 31 bares y hasta 10.000 bares)
Agua Capilar
• El agua retenida por las fuerzas cohesivas entre las 
películas de agua higroscópica
• Se puede eliminar mediante secado al aire o la absorción de 
la planta
• Las plantas extraen agua capilar hasta que la fuerza 
capilar del suelo es igual a la fuerza extractiva
• Punto de marchitez: fuerza capilar del suelo> fuerza 
extractiva de la planta
Agua gravitacional
• Agua que se mueve a través del suelo por la fuerza de la 
gravedad
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Contenido de agua del suelo
VolTotal
VolAgua
=
Contenido de agua del suelo
Capacidad de campo
La cantidad de agua retenida en el suelo después de que 
el exceso de agua se haya filtrado se llama la capacidad 
de campo del suelo.
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Ley de Darcy
• K = conductividad hidraulica
• q = descarga especifica
• V = q/n = velocidad media a traves del area
L
h
KAQ

−=
z
h
Kqz 

−=
L
hh
K
A
Q
q
updown −−==
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Ley de Darcy
• K = conductividad hidraulica
• q = descarga especifica
• V = q/n = velocidad media a traves del area
L
h
KAQ

−=
z
h
Kqz 

−=
L
hh
K
A
Q
q
updown −−==
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La Ecuación de Continuidad

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Ecuación de continuidad
 + =
CS
w
CV
wd
dt
d
dAV0
aguadedxdydzV
deldxdydzV
w volume
elementovolume
==
==

y
z
x
dy
dz
dx
dz
z
q
q z
z 

+
z
h
K
A
Q
qz 

−==( )
dt
d
dxdydzdxdydz
dt
d
d
dt
d
ww
CV
w
 == 
z
q
dzdxdyqdxdydxdydz
z
q
q www
CS
w 

=−







+=   dAV
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Continuidad (Cont.)
 + =
CS
w
CV
wd
dt
d
dAV0
( )
dt
d
dxdydz
dxdydz
dt
d
d
dt
d
w
w
CV
w


=
= 
z
q
dzdxdy
qdxdydxdydz
z
q
q
w
ww
CS
w


=
−







+= 

 dAV
z
q
dzdxdy
dt
d
dxdydz ww 

+= 0 0=


+


z
q
t
 Ecuacion 
Continuidad
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Tension del agua del suelo (y)
• Mide la altura de succión del 
agua en el suelo
• p/g + en mecánica de 
fluidos, pero siempre una 
succión (negativo)
• Tres variables clave en el 
movimiento del agua del 
suelo
• Flujo, q
• El contenido de agua, q
• La tensión, y
0
2
2
++=++= z
g
v
z
p
h y

111 zh +=y
222 zh +=y
z=0
z1
z2
12
12
12
zz
hh
Kq
−
−
−=
q12
Energía total = h
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Tension Superficial
• Debajo de la superficie, las fuerzas 
actúan por igual en todas las 
direcciones
• En la superficie, algunas fuerzas 
faltan, las moléculas tira hacia abajo 
y ejercen tensión en la superficie
• Si la interfaz es curva, mayor será la 
presión existe en el lado cóncavo
• Incremento de la presión se equilibra 
con la tensión superficial, s
s = 0,073 N/m (@ 20oC)
agua
aire
No fuerza neta
Fuerza neta
interior
Interfase
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TENSION (y) DEL AGUA EN 
EL SUELO Y LA PLANTA
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Contenido agua en el suelo
Lluvia
mm/30min
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flujos de energía y Evaporation (mm/day)
en Freeman Ranch 
Average = 1.1 mm/day
Average = 3.1 mm/day
November
August
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Infiltración
Concepto:
Se define infiltración como el proceso mediante el cual el
agua traspasa la superficie del suelo y entra al subsuelo
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Infiltración
• General
• Factores que afectan
• Condición de la superficie 
del suelo, cubierta 
vegetal, las propiedades 
del suelo, conductividad 
hidráulica, antecedente de 
humedad del suelo
• Cuatro zonas
• Saturada, transmisión, 
mojado, y frente de 
mojado
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solido
Poro con aire
Poro con agua
Elemento de suelo, V
(Saturado)
Elementos de subsuelo, V
(No saturada)
n0content;moisturenS
V
V
S0;saturation
V
V
S
porosity
V
V
n
w
v
w
v
===
==
==
=
=
=
=

1
voV
voV
voV
grossV
w
s
v
===
==
==
=
=
=
=

Volumen total del elemento
Volumen de poros
Volumen de solido
Volumen de agua
porosidad
saturaci
on
Contenido 
humedad Descargado por Luz (iglesiasluz83@gmail.com)
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Infiltracion
• La tasa de infiltración
• Es la tasa a la cual el agua entra en el suelo en la superficie 
(pulg / hr o cm / hr). Si el agua se encharca en la superficie la 
infiltración ocurre a la tasa de infiltración potencial.
• Infiltracion acumulada
• Profundidad acumulado de agua infiltrada dentro de un período 
de tiempo dado y es igual a la integral de la tasa de infiltración 
en ese periodo.
=
t
dftF
0
)()( 
dt
tdF
tf
)(
)( =
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Los metodos de Infiltracion
• Horton y Phillips
• modelos de infiltración desarrollados como 
soluciones aproximadas de una teoría exacta
(Ecuación de Richard)
• Verde - Ampt
• modelo de infiltración desarrollado a partir de una 
teoría aproximada a una solución exacta
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La infiltración hortoniana
• Recordemos la ecuación de 
Richard
• Suponga que K y D son 
constantes, no son función 
de  o z
• Se resuelve la tasa de 
difusión de la humedad en 
la superficie
• Resolver por diffusion de 
humedad en la superficie





 +


=


K
z
D
zt 

z
K
z
D
t 

+=


2
2


0
2
2
z
D
t 

=


kt
cc effftf
−−+= )()( 0
f0 tasa de infiltración inicial, fc es la tasa constante y k es constante de 
decaimiento.
z
D


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La infiltración hortoniano
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
0 0.5 1 1.5 2
Time
In
fi
lt
ra
ti
o
n
 r
a
te
, 
f
k1
k3
k2
k1 < k2 < k3
fc
f0
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Ecuacion de Philips
• De la ecuacion de Richard:
• Se asume K y D son funcion
de , no de z
• Solucion:
• Dos terminos representan
los efectos
• Cabeza de succion
• Cabeza gravitacional
• S – adsorcion:
• Potencial de succion del 
suelo
• Encuentra con 
experimentos





 +


=


K
z
D
zt 

KtSttF += 2/1)(
KSttf += − 2/1
2
1
)(
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Infiltracion Green – Ampt
Zona mojada
Frente mojado
Agua encharcada
Superficie terreno
Suelo seco
0h
L

n
i

z
 =−= LLtF i )()(
dt
dL
dt
dF
f ==
zh +=
K
z
Kf +=

y
f
z
h
Kqz −=−=


suelo del inicial Humedad
mojado frente Prof.
=
=
i
L

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Green – Ampt (Cont.)
• Aplicando diferencias finitas en el 
derivado, entre 
• Superficie suelo
• Frente mojado
K
z
Kf +

=


Zona mojada
Frente mojado
Superficie terreno
Suelo seco
L


i

z
0,0 == yz
fLz yy == ,
K
L
KK
z
KK
z
Kf
f +
−
−
=+


=+=
0
0yy

y



=
=
F
L
LtF )(






+

= 1
F
Kf
fy
K
z
Kf +=

y
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





+= 1
L
K
dt
dL fy







+

= 1
F
Kf
fy
dt
dL
f =
Green – Ampt (Cont.)
= LtF )(
Wetted Zone
Wetting Front
Ground Surface
Dry Soil
L


i

z
L
dL
dLdt
K
f
f
+
−=
 y
y

CLLt
K
ff ++−=

)ln(yy

Integrar
Evaluar la constante de integracion
)ln( ffC yy=
0@0 == tL
)ln(
L
LKt
f
f
f +
−=
y
y
y
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Green – Ampt (Cont.)
)ln(
L
LKt
f
f
f +
−=
y
y
y
)1ln(
f
f
F
KtF
y
y

++=






+

= 1
F
Kf
fy
Zona mojada
Frente mojado
Superficie terreno
Suelo seco
L


i

z
ecuación no lineal, lo que requiere solución iterativa.
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Parametros de suelo
• Modelo Green-Ampt requiere:
• La conductividad hidráulica, porosidad, frente de mojando, 
cabeza de Succión
• Brooks y Corey
Clase 
suelo 
Porosidad Porosidad 
efectiva 
Frente 
Mojado 
Cabeza 
succion 
Conductividad 
hidraulica 
 n e y K 
 (cm) (cm/h) 
Arena 0.437 0.417 4.95 11.78 
Franco 0.463 0.434 9.89 0.34 
Arcilla 0.475 0.385 31.63 0.03 
 
re n  −=
ees  )1( −=
e
r
es

 −
= Saturacion efectiva
Porosidad efectiva
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Parámetros de infiltración de Green-Amp para varias clases de suelo
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Tiempo de encharcamiento
El tiempo 
transcurrido entre 
el momento en 
que comienza la 
precipitación y el 
tiempo agua 
comienza a 
estanque en la 
superficie del 
suelo (tp)
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Tiempo de encharcamiento
Hasta el momento de encharcamiento, toda la lluvia se ha 
infiltrado (i = intensidad de lluvia)
if = ptiF *=






+

= 1
F
Kf
fy








+

= 1
* p
f
ti
Ki
y
)( Kii
Kt
f
p −

=
y
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Tasa de Infiltration por clase de suelo
grupo de 
suelo
textura
tasa infiltracion saturada
mm/h plg/h
A arena 200 8
A arean arcillosa 50 2
B franco arenoso 25 1
B franco 12.7 0.5
C franco limoso 6.3 0.25
C franco arcillo arenoso 3.8 0.15
D
franco arcilloso y franco 
arcilloso limoso
2.3 0.09
D arcilla 1.3 0.05
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Ejemplo
 Suelo franco limoso, el 
30% de saturación 
efectiva, precipitación 
de intensidad 5 cm / hr
30.0
/65.0
7.16
486.0
=
=
=
=
e
e
s
hrcmK
cmy

340.0)486.0)(3.01()1( =−=−= ees 
340.0*7.16=y
hr17.0
))(65.00.5(0.5
68.5
65.0
)(
=
−−
=
−

=
KiKii
Kt
f
p
y
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METODOS PARA MEDIR LA VELOCIDAD 
DE INFILTRACION
* CILINDROS INFILTROMETROS
* SURCOS INFILTROMETROS
* METODO DE REPRESA
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Registro de Prueba de Infiltración
Intervalo
Tiempo
ti
Altura Agua
Infiltrada
Di
Tiempo 
Acumulado
t
Altura Agua
Infiltrada
D
(min) (mm) (min) (mm)
0 0 0
5 5
5 10
10 15
... ... ... ...
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Infiltración
D
 (
L
) 
o
 V
I 
(L
/t
)
Tiempo (t)
D
VI
VI
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Ecuación de Kostiakov
empíricas constantes :my c
óninfiltraci de Tiempo :t
infiltrada agua de Altura :D
m
ctD =
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Ecuación de Kostiakov
m
ctD =
lo
g
 (
D
)
log (Tiempo)
y
x
c = Altura de agua que infiltra en
el primer minuto 
m =y/x
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Medicion de tasas de infiltracion
•Cilindros infiltrómetros
• solo anillo
• doble anillo
• infiltrómetros inundados
• infiltrómetros de tensión
• Infiltrómetros registro de lluvia-escorrentía
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Medicion de tasas de infiltracion
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Anillos Infiltrometros simples
•Cilindro - 30 cm de diámetro 
•Drive 5 cm o más en la superficie del suelo o del 
horizonte
•El agua está estancada encima de la superficie
•Registrar el volumen de agua añadida en el tiempo 
para mantener una carga constante
•Mide una combinación de flujo horizontal y vertical
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Infiltrometros de doble anillo 
• Anillos exteriores son de 6 a 24 pulgadas de diámetro 
(ASTM - 12 a 24 pulgadas).
• Botellas Mariotte se pueden utilizar para mantener 
constante la cabeza.
• Anillos Driven - 5 cm a 6 pulgadas en el suelo y si es 
necesario sellar.
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Otros Infiltrometros
infiltrómetros inundacion
Infiltrometros de tension
flujo no saturado de agua
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Valores típicos de las propiedades de los suelos
 
Textura Porosidad 
(cm3/cm3) 
Conductividad 
Ks (cm/sec) 
Densidad Capacidad 
de campo 
Punto de 
marchitez 
permanente 
Arenoso 0.38 10
-3
 - 10
-1
 1.65 0.09 0.04 
Franco 
Arenoso 
0.43 10
-3
 - 10
-2
 1.50 0.14 0.06 
Franco 
Ligero 
0.47 10
-3
 - 10
-2
 1.40 0.22 0.10 
Franco 
 
0.49 10
-4- 10
-3
 1.35 0.27 0.13 
Franco 
Arsilloso 
0.51 10
-7
 - 10
-4
 1.30 0.31 0.15 
Arcilloso 0.53 0 - 10
-4
 1.25 0.35 0.17 
 
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47
La Tasa de Infiltración en el Tiempo
• Infiltración horizontal (p.e., lados 
de un surco)
• No hay influencia de gravedad; 
la tensión capilar es constante
en el frente
• Con el tiempo, la resistencia es 
más grande – La infiltración es 
más lento en el tiempo.
• La tasa de infiltración 
disminuye con la raíz cuadrada 
del tiempo.
Ejemplo: Si el primer cm. de infiltración horizontal necesitó 
1 hora, la segunda va a necesitar 4 horas, y la tercera 9 
horas.
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http://www.soils.umn.edu/academics/classes/soil2125/img/wafirr15.jpg
48
Infiltración Horizontal Resultados Surco infiltración
Horizontal Infiltration
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0 20 40 60 80 100 120
Position (cm)
M
o
is
tu
re
 C
o
n
te
n
t 
(v
o
l/
v
o
l)
t = 0.1
t = 0.2
t = 0.4
t = 1.6
t = 2.56
t = 6.55
t = 42.9
t = 200
Time in hours
3 cm/hr 0.3 cm/hr
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49
SurcoInfiltración Horizontal Resultados: 
en t
1/2
Horizontal Infiltration
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0 5 10 15
Position/(square root of time)
M
o
is
tu
re
 C
o
n
te
n
t 
(v
o
l/
v
o
l) t = 0.1
t = 0.2
t = 0.4
t = 1.6
t = 2.56
t = 6.55
t = 42.9
t = 200
Time in hours
mojado
seco
infiltración
La infiltración adelante
infiltración
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¡¡¡ Muchas Gracias !!!
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17/10/2019
eco_rbaca@yahoo.es
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