FACULTAD DE CIENCIAS Y TEGNOLOGIAS

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CAAGUAZÚ

TRABAJO PRÁCTICO DE
HIDROTECNIA

Tema:
 Infiltración

Profesor:
 Ing. Oscar Martínez Patri

Integrantes:
 Kevin Alexander Ferreira Nuberger
 Patricia Noemi Solaeche Galeano
 Junior Carlos Ignacio Barreto Martínez

Año 2019
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INTRODUCCIÓN
La infiltración está gobernada por dos fuerzas: la gravedad y la acción capilar. Los poros muy
pequeños empujan el agua por la acción capilar además de contra la fuerza de la gravedad. La
tasa de infiltración se ve afectada por características del suelo como la facilidad de entrada, la
capacidad de almacenaje y la tasa de transmisión por el suelo. 

En el control de la tasa y capacidad infiltración desempeñan un papel la textura y estructura

del suelo, los tipos de vegetación, el contenido de agua del suelo, la temperatura del suelo y la
intensidad de precipitación. Por ejemplo, los suelos arenosos de grano grueso tienen espacios
grandes entre cada grano y permiten que el agua se infiltre rápidamente. La vegetación crea
más suelos porosos, protegiendo el suelo del estancamiento de la precipitación, que puede
cerrar los huecos naturales entre las partículas del suelo, y soltando el suelo a través de la
acción de las raíces. A esto se debe que las áreas arboladas tengan las tasas de infiltración más
altas de todos los tipos de vegetación.

La capa superior de hojas, que no está descompuesta, protege el suelo de la acción de la lluvia,
y sin ella el suelo puede hacerse mucho menos permeable. En las áreas con vegetación de
chaparral, los aceites hidrofóbicos de las hojas suculentas pueden extenderse sobre la
superficie del suelo con el fuego, creando grandes áreas de suelo hidrofóbico. 

Otros eventos que pueden bajar las tasas de infiltración o bloquearla son los restos de plantas
secas que son resistentes al remojo, o las heladas. Si el suelo está saturado en un período
glacial intenso, puede convertirse en un cemento congelado en el cual no se produce casi
ninguna infiltración. Sobre una línea divisoria de aguas probablemente habrá huecos en el
cemento helado o el suelo hidrofóbico por donde el agua puede infiltrarse. Una vez que el
agua se ha infiltrado en el suelo, permanece allí y se filtra al agua subterránea, o pasa a formar
parte del proceso de escorrentía subsuperficial.

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PROCESO DE INFILTRACIÓN
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.
Según Walter Gomez Lora (1987), denomina infiltración al movimiento del agua en un suelo y
que varía en razón de las características de éste y de su contenido de humedad siendo su valor
menor a medida que la humedad del suelo aumenta.
Según 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:

f = fc + (f0 + fc )* e-kt
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

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f0: 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 f0 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 ecuación:

t
( f c +f 0 )
F=∫ f ∗dt=¿ ¿ fc * t + *(1 – e-kt)
0 k

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CONDICIONES AMBIENTALES

Humedad inicial, la infiltración varía en proporción inversa a la humedad del suelo, un suelo
húmedo presenta menor capacidad de infiltración que un suelo seco. 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.

Temperatura del suelo, en ocasiones 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

Turbidez del agua, por los materiales finos en suspensión que contiene, penetran en el suelo y
reducen por colmatación la permeabilidad, y por tanto, la intensidad de infiltración.
Contenido de sales, 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.
Temperatura del agua, la temperatura del agua afecta a su viscosidad, y en consecuencia, a la
facilidad con que aquélla discurrirá por el suelo. Por tal razón las intensidades de infiltración
son menores en invierno que en verano.

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MEDICIÓN Y CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE INFILTRACIÓN
La determinación de la infiltración se puede hacer empleando infiltrómetros, lisímetros o
parcelas de ensayo, de manera análoga a la medida de la evaporación y de la
evapotranspiración desde el suelo. Sin embargo, por las razones expuestas con respecto al
inconveniente de estos métodos, es normal hacer determinaciones in situ.

INFILTRÓMETROS
Estos se usan en pequeñas áreas o cuencas experimentales. Cuando hay gran variación en los
suelos o en la vegetación, el área se divide en pequeñas áreas uniformes y en cada una de ellas
se realizan mediciones.

Los infiltrómetros son de dos tipos: tipo inundación y simuladores de lluvia.

INFILTRÓMETRO TIPO INUNDADOR

Son generalmente tubos abiertos en sus extremos, de aproximadamente 30 cm de diámetro y
60 cm de longitud, enterrados en la tierra, unos 50 cm. Se les suministra agua, tratando de
mantener el nivel constante y se mide la cantidad de agua necesaria para esto durante varios
intervalos de tiempo con lo que se puede conocer la capacidad de infiltración. Se debe
continuar con las medidas hasta que se obtenga una capacidad de infiltración
aproximadamente constante. Las desventajas de este tipo de medición son las siguientes:
 El impacto de las gotas de lluvia en el terreno no es tenido en cuenta
 Al enterrar el tubo se alteran las condiciones del suelo y los resultados dependen
bastante del tamaño del tubo.

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INFILTRÓMETRO DE CILINDROS CONCÉNTRICOS – DOBLE ANILLO (MÉTODO DE
MUNTZ)

El más común consiste en un cilindro de 15 cm de

largo y fijo, aproximadamente de 20 cm; se pone
en él una determinada cantidad de agua y se
observa el tiempo que tarda en infiltrarse. A este
aparato se le atribuyen algunos defectos: el agua se
infiltra por el círculo que constituye el fondo, pero
como alrededor de él no se está infiltrando agua,
las zonas del suelo a los lados del aparato
participan también en la infiltración, por lo tanto, da medidas superiores a la realidad.
El error apuntado se corrige colocando otro tubo de mayor diámetro (40 cm) alrededor del
primero, constituye una especie de corona protectora. En éste también se pone agua
aproximadamente al mismo nivel, aunque no se necesita tanta precisión como en el del
interior; con ello se evita que el agua que interesa medir se pueda expander (Figura 8). La
medición es menor que la que se hubiera obtenido antes y más concordante con la capacidad
real del suelo. La construcción de la curva de capacidad de infiltración se realiza llevando a las
ordenadas los valores calculados de la velocidad de infiltración (mm/hr) y en el eje de las
abscisas los tiempos acumulados, en horas o minutos.

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 por la cual se infiltra el agua es:

S = (2*π*R)*h + π*R2 = π*R*(2*h + R)

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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:

π*R*(2*h + R)*f*dt = -π* R2 *dh

R 2∗h 1+ R
f= * ln( )
2∗(t 2−t 1) 2∗h 2+ R

Así, para determinar “f” (infiltración), basta medir pares de valores (h 1,t1) y (h2,t2) , de forma
que “t1” y “t2” no difieran demasiado, y aplicar la expresión anterior.

MÉTODO DE ENTRADAS Y SALIDAS

El método consiste en hacer en el terreno, un surco, de preferencia de las mismas dimensiones
y dirección que normalmente se realizan en ese terreno, se selecciona un tramo (50 a 100 m),
se coloca una estructura aforadora pequeña al final del surco, se aplica un gasto constante a la
entrada del surco (1 a 3 lps), mediante sifones calibrados.

Infiltración acumulada: Es importante señalar que con cualquiera de los dos métodos sea el
del infiltrómetro de doble cilindro o el de entradas y salidas, puede obtenerse la ecuación de
infiltración acumulada que se deriva de la integración de la ecuación de Kostiakov-Lewis entre
los límites de t=0 y t=t.

t t n+1
Kt
Z=∫ I∗dt =¿ ∫ k t =¿ ¿ ¿
n

0 0 n+ 1

La ecuación tendrá la misma forma que el siguiente modelo:

k n+1
Z= t
(n+1) 60
Donde:
Z = infiltración acumulada (cm)
k y n = coeficientes de la fórmula de Kostiakov-Lewis
El valor de 60 dado en la fórmula es un factor para expresar Z en cm y t en min.

LISÍMETROS
Cabe destacar que 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

8
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.

SIMULADORADORES DE LLUVIA
Los simuladores grandes que utilizan parcelas de ensayo de 100 m 2 o más son útiles para el
estudio de los tratamientos de los cultivos en condiciones similares a las de campo. Estas
máquinas son caras y necesitan operarios calificados.

MÉTODOS PARA ESTIMAR LA INFILTRACIÓN DE CUENCAS AFORADAS

Cuando se tienen mediciones simultáneas de lluvia y volumen de escurrimiento en una cuenca,

las pérdidas se pueden calcular, de acuerdo a la siguiente ecuación:

Vp = Vii – Ved

Donde:

Vp: volumen de perdidas

Vii: volumen de lluvia

Ved: volumen de escurrimiento directo

Si ambos miembros de la ecuación se dividen entre el área de la cuenca se obtiene:

F=I-R

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Donde:

F: infiltración o lámina de pérdidas acumulada

I: altura de lluvia acumulada

R: escurrimiento directo acumulado

Si a su vez la ecuación se deriva con respecto al tiempo se tiene:

f=i–r

Donde:
r: es la lámina de escurrimiento directo por unidad de tiempo. En cuencas aforadas se usan
comúnmente dos tipos de criterios:
 Capacidad de infiltración media (índice de
infiltración media Ø)

Coeficiente de escurrimiento.

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CRITERIO DE LA CAPACIDAD DE LA INFILTRACIÓN MEDIA (MÉTODO ÍNDICE Ø)
Este criterio supone que la capacidad de infiltración es constante durante toda la tormenta. A
esta capacidad de infiltración se le llama también índice de infiltración media Ø.

Cuando se tiene un registro simultáneo de precipitación y escurrimiento de una tormenta, el

índice de infiltración media se calcula de la siguiente manera:

a. Del hidrograma de la avenida se separa el caudal base y se calcula el volumen de

escurrimiento superficial directo (Vesd), que es igual al área de la figura APB, en m3.
Vesd = área APB
b. Se calcula la altura de lluvia en exceso o altura de precipitación efectiva hp, como el
volumen de escurrimiento (Ved) directo dividido entre el área de la cuenca (Ac):
Ved
hp =
Ac

c. Se determina el volumen total precipitado (Vt), que es igual a la altura lluvia total
precipitada (H) durante el tiempo D, por el área de la cuenca (Ac).
Vt = Ac * H

d. Entonces el volumen infiltrado es (Vi):

Vi = Vt - Vescd
e. Luego la lámina infiltrada (Li) es:
Vi
Li =
Ac

f. Se calcula el índice de infiltración media Ø trazando una línea horizontal en el

hietograma de la tormenta, de tal manera que la suma de las alturas de precipitación
que queden arriba de esa línea sea igual a hp. El índice de infiltración media Ø será
entonces igual a la altura de precipitación correspondiente a la línea horizontal
dividida entre el intervalo de tiempo Δt que dure cada barra del hietograma. Es decir
el índice de infiltración media es Ø =Li/D.

Verificar valor de índice Ø de manera que Vesd sea equivalente a la lluvia efectiva.

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CRITERIO DEL COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO
Con este criterio se supone que las pérdidas son proporcionales a la intensidad de la lluvia,
esto es:

f = (1-Ce)*i es decir r = Ce*i

Donde:

Ce: coeficiente de escurrimiento o constante de proporcionalidad, sin unidades

r: es la lámina de escurrimiento directo por unidad de tiempo

i: intensidad de lluvia

Otra manera de escribir es:

Ved = Ce * Vii

O bien:

Ved
Ce =
Vii

Donde:

Ved: volumen de escurrimiento directo

Vll: volumen total llovido

CRITERIO DEL ÍNDICE DE PRECIPITACIÓN ANTECEDENTE

Las condiciones de humedad del suelo mediante el índice de precipitación antecedente IPA
está definido como:

IPAj+1 = K * IPAJ + Pj

Donde P es la precipitación total, K es una constante que toma en cuenta la disminución de la

humedad con el tiempo, cuyo valor puede tomarse como de 0.85 para cálculos diarios, y el
subíndice j, indica el día en cuestión.
Si se tienen registros de P y K para varias tormentas en la cuenca en estudio, y además se
cuenta con las precipitaciones de algunos días anteriores a cada tormenta, es posible construir

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una gráfica de Ø contra IPA. La función IPA (Ø) se determina mediante un análisis de regresión.
Para formar una gráfica de esta naturaleza conviene seleccionar una o varias temporadas de
lluvias del registro y suponer un valor inicial de IPA, por ejemplo de 10 mm. Es también
conveniente escoger solamente las avenidas con un solo pico para evitar errores en la
separación del caudal base y por lo tanto en el cálculo de Ø. Con la gráfica de IPA contra Ø es
factible estimar el valor posible del índice de infiltración media Ø a corto plazo, conociendo
únicamente la precipitación en los días anteriores.

MÉTODOS DE LOS NÚMEROS DE ESCURRIMIENTO (CN)

Todos los criterios antes mencionados requieren que la cuenca esté aforada, es decir, que se
hayan medido los caudales de salida al mismo tiempo que las precipitaciones. Éste método es
utilizable cuando las cuencas no están aforadas, por lo que es necesario tener un método con
el cual se pueda estimar la altura de precipitación efectiva (hp) a partir del total y las
características de la cuenca.

El U.S. Soil Conservation Service propone el método de los números de escurrimiento, (CN),
adecuado cuando no se tiene mucha información disponible del suelo y mediciones de
escurrimiento de la cuenca que queremos estudiar, con este método se obtiene la llamada
precipitación efectiva o la lámina que produce escorrentía superficial directa.

MÉTODOS EMPÍRICOS

Los intentos empíricos para ajustar o representar los datos experimentales, han dado por
resultado la propuesta de muchas ecuaciones algebraicas de la infiltración, como por ejemplo:
A.N. KOSTIAKOV, R.E. HORTON, W.H. GREEN, G.A. AMPT, D. KIRKHAM-C.L.FENY, J.R PHILIP Y
H.N. HOLTAN. Quizás las más sencillas y conocidas sean las dos primeras y con respecto a la
tercera, presenta un enfoque diferente, por lo tanto, son las que se describen a continuación.

ECUACIÓN DE A. N. KOSTIAKOV

Kostiakov en 1932 desarrolló una expresión empírica que interpreta el fenómeno de la

infiltración. Graficó infiltración [acumulada] en función del tiempo en papel doble logarítmico,
determinando la ecuación de la recta que se forma:

f = cnt n – 1

Donde:
f: capacidad de infiltración, en mm/hr.

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t: tiempo, en minutos, transcurrido desde el comienzo.
c,n: coeficientes

El volumen infiltrado (Vi), en milímetros, en un tiempo transcurrida t, será:

t
t c n
Vi = ∫ dt= t
0 60 60

Y en forma logarítmica será:

−0 .372
log f = log(cn)+ (n-1)logt c = AntiLog[ ]
1 .5882

En esta forma la ecuación es una línea recta en papel logarítmico, cuya pendiente de la línea es
igual a (n - 1).

La fórmula de Kostiakov no permite calcular el valor de la infiltración inicial, pues cuando t→0,
lím f = ∞ y además, para t→0, lo cual no es cierto. (Campos Aranda).

ECUACIÓN DE R. E. HORTON

Horton en 1940 deduce su formula considerando que el cambio en la capacidad de infiltración

df/dt, con signo negativo pues f decrece, puede ser considerado proporcional a la diferencia
entre la infiltración actual f y la capacidad de infiltración final fc. Introduciendo un factor
positivo de proporcionalidad k, la ecuación diferencial que se obtiene es la siguiente:

df
- =k(f – fc)
dt

Cuya solución es:

Ln(f – fc) = -k.t + c

Cuando t = 0, se tiene que f = f0 y c= Ln(f0 – fc) ; entonces:

f = fc + (f0 – fc)*e-kt

Donde:

f: capacidad de infiltración en el tiempo, en mm/h.

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fc: capacidad de infiltración final, en mm/hr. Según Horton este valor constante se alcanza
después de un periodo de 1 a 3 horas.

fo: capacidad de infiltración inicial cuando t = 0, en mm /hr.

e: base de los logaritmos naturales,

k:

constante positiva, cuyas unidades son 1/minuto,

t: tiempo transcurrido desde el comienzo, en minutos.

El volumen infiltrado (F), en milímetros para cualquier tiempo t, es igual a:

t
f f ∗t ( f + f )
F=∫ dt = c + 0 c *(1 – e-kt)
0 60 60 60∗k

Al transformar la ecuación de Horton a una forma logarítmica se obtiene:

Log(f – fc) = Log(f0 – fc) – k*Log(e.t)

Lo cual indica que la fórmula es una línea recta, al representar t en contra Log(-f-fc) como
variables x,y . La pendiente de tal recta es igual a:

1
m=-
log ⁡( e∗k )

La ventaja de la ecuación de Horton estriba en que para t →0, lim f = f0 ≠ 0, y su desventaja

principal es que necesita tres parámetros: f0, fc y k, de los cuales fc debe ser conocido o
estimado inicialmente.

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 CONCLUSION

El proceso de infiltración define gran parte de la futura función del agua que cae sobre una
superficie, o será acumulada en el perfil para el aprovechamiento por parte de las plantas o
deslizarse pendiente abajo con lo que contribuiría con el escurrimiento superficial y
favorecería la erosión hídrica. Los suelos que se incorporan para uso en agricultura, sufren
profundas modificaciones en las propiedades físicas, que son las que tienen mayor influencia
sobre la infiltración, y sí además de estas modificaciones le sumamos los inadecuados sistemas
de labranzas, no adaptados a la región semiárida estas modificaciones son aún mucho más
acentuadas. Conocer el proceso de infiltración tiene importancia, ya que, como se dijo
anteriormente, juega un papel fundamental en la acumulación de agua en el perfil.

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