Profesor: Jorge Nuñez Smith

Profesor: Jorge Nuñez Smith

 INFILTRACION

La infiltración es el proceso
por el cual el agua en la
superficie de la tierra entra en
el suelo. La tasa
de infiltración, en la ciencia
del suelo, es una medida de la
tasa a la cual el suelo es
capaz de absorber la
precipitación o la irrigación. Se
mide en pulgadas por hora o
milímetros por hora
 INFILTRACION

Cuando llueve, parte de la

lluvia del comienzo es retenida
en la cobertura vegetal como
intercepción y en las
depresiones del terreno como
almacenamiento superficial.
Conforme continúa la lluvia, el
suelo se cubre de una delgada
capa de agua conocida como
detención superficial y el flujo
comienza pendiente abajo
hacia los cursos de agua, lo que
 INFILTRACION
constituye la escorrentía superficial. Inmediatamente debajo de la
superficie tiene lugar la escorrentía sub superficial y las dos
escorrentías, la superficial y la subsuperficial, constituyen la
escorrentía directa.
 INFILTRACION

La infiltración es el paso del agua a través de la superficie del suelo

hacia el interior de la tierra; la percolación es el movimiento del
agua dentro del suelo y ambos fenómenos, la infiltración y la
percolación, están íntimamente ligados puesto que la primera no
puede continuar sino cuando tiene lugar la segunda. El agua que se
infiltra en exceso de la escorrentía - subsuperficial puede llegar a
formar parte del agua subterránea, la que eventualmente puede
llegar a los cursos de agua.
 INFILTRACION

El agua de un río, en general, puede así estar formada de dos partes.

Una parte de escorrentía (superficial y subsuperficial) que recibe el
nombre de escorrentía directa y otra parte de agua subterránea que
recibe el nombre de flujo base.
INFILTRACION
 INFILTRACION
Ecuación de balance hídrico

Escribamos la ecuación de balance hídrico para una cuenca,

referida a un período corto.

P = I + S + E + F + Pn

P: lluvia total

I: intercepción

S: almacenamiento superficial

Pn: escorrentía directa, también llamada lluvia neta.

 INFILTRACION

E: evaporación desde el suelo

F: infiltración

La suma de los términos I, S, E, constituye la retención superficial, de

modo que:
P = retención + infiltración + escorrentía directa
(lluvia neta)
 INFILTRACION

Constituye una preocupación permanente de la Hidrología la

obtención de la escorrentía directa que corresponde a una
determinada lluvia en un cierto lugar. La primera manera es a través
de la fórmula simple de escorrentía:

Pn = CP ………………( 4.3 )

El término C recibe el nombre de coeficiente de escorrentía y para

evaluarlo han sido sugeridas diversas tablas, de las que se citan 2
(tablas 4.1 y 4.2)
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TABLA 4.1 VALORES DE C

Topografía

Ondulada Inclinada

Naturaleza de la superficie S de 5 a 10% S de 10 a 30%

Cultivos generales 0.60 0.72

Cultivos de pastos 0.36 0.42

Cultivos de bosques 0.18 0.21

Areas desnudas 0.80 0.90

 INFILTRACION

TABLA 4.2 VALORES DE C

Area residencial urbana sólo casas habitación 0.30

Apartamentos con espacios verdes 0.50

Area de edificios comerciales e industriales 0.90

Areas boscosas, dependiendo del suelo 0.05- 0.20

Parques, terrenos agrícolas y pastizales 0.05- 0.30

Asfalto o pavimento de concreto 0.85

 INFILTRACION

Aun cuando la (4.3) parece resolver de manera sencilla el problema

de obtener la escorrentía directa Pn correspondiente a una lluvia P,
hay que tener presente que la determinación del valor apropiado del
coeficiente de escorrentía C es algo sumamente complejo. En la
práctica, esta labor se deja para los ingenieros con más experiencia
de campo, quienes pueden interpretar mejor las diferentes
características de la cuenca en estudio.
 INFILTRACION
Capacidad de Infiltración

Debido a los fenómenos de infiltración y percolación, el agua de

lluvia llega hasta el nivel del agua subterránea, pero no a un ritmo
constante. La tasa de infiltración disminuye a medida que progresa
la tormenta, debido a que se van llenando los espacios capilares del
suelo. La tasa máxima a la cual puede penetrar agua a un suelo, en
un sitio en particular y con tasa de abastecimiento suficiente, se
llama capacidad de infiltración (fp). Es máxima al comienzo de una
tormenta (fo) y se aproxima a una tasa mínima (fe) a medida que el
suelo se satura. El valor límite está controlado por la permeabilidad
INFILTRACION
 INFILTRACION

Factores de la Infiltración

La capacidad de infiltración depende de muchos factores. Los

principales son: el tipo de suelo, el contenido de materia orgánica, el
contenido de humedad, la cobertura vegetal y la época del año.

De aquellas características del suelo que afectan la infiltración la

porosidad es posiblemente la más importante. La porosidad
determina la capacidad de almacenamiento y también afecta la
resistencia al flujo. La infiltración tiende a aumentar con el aumento
de la porosidad.
 INFILTRACION

La infiltración, para un mismo tipo de suelo, es menor en un suelo

húmedo que en un suelo seco y esta disminución es más notoria en
los momentos iniciales. De este modo la curva de infiltración sufre un
cambio como el que muestra la figura 4.4.
INFILTRACION
 INFILTRACION

El efecto de la cobertura vegetal en la capacidad de infiltración es

difícil de determinar ya que también afecta a la intercepción. No
obstante, la vegetación aumenta la infiltración en comparación con
la del mismo suelo desnudo. La explicación está en que: 1) retarda el
flujo de superficie dando al agua más tiempo para que penetre en el
suelo, 2) los sistemas de raíces hacen al suelo más permeable; 3) el
follaje protege al suelo de la erosión causada por las gotas de agua y
reduce la compactación de la superficie del suelo.
 INFILTRACION
Medición de la Infiltración

La mayoría de datos sobre tasas de infiltración se

obtienen mediante ensayos con un infiltrómetro.
 INFILTRACION

En los casos en que existe una amplia variación en los suelos o en la

vegetación dentro del área, la cuenca se divide en subcuencas
homogéneas , cada una de las cuales está cubierta por un complejo de
suelo único. Repitiendo varias veces el ensayo se pueden obtener datos
fidedignos de cada subárea.
 INFILTRACION

Un infiltrómetro es un tubo u otro contorno metálico diseñado para

aislar una sección del suelo. El área efectiva varía desde menos de 1
pie 2 hasta varias decenas de pie2. El procedimiento clásico consiste
en inundar el infiltrómetro, aplicando agua en una lámina de altura
constante sobre el área encerrada y medir el tiempo que tarda en
infiltrarse. Esta práctica está siendo reemplazada por los simuladores
de lluvia. Como en este caso no se puede medir directamente la
cantidad de agua que penetra el suelo, la infiltración se calcula como
la diferencia entre el agua aplica da y la escorrentía directa medida
 INFILTRACION
EL CICLO DE ESCORRENTÍA

Ciclo de escorrentía es el término que se emplea para describir

aquella parte del ciclo hidrológico entre la precipitación que cae
sobre un área y la descarga subsiguiente de esa agua a través de
cauces o bien por evapotranspiración.

Las aguas de las precipitaciones llegan al cauce del río por diferentes
vías:

- escorrentía superficial - agua subterránea

- lluvia que cae en el espejo de agua - escorrentía subsuperficial

INFILTRACION
 INFILTRACION

La figura 4.5 muestra esquemáticamente las variaciones temporales

de los factores hidrológicos durante una tormenta extensa en una
cuenca relativamente seca. El área punteada representa la porción
de la lluvia total que eventualmente llega a ser el flujo de la
corriente, medido a la salida de la cuenca.
 INFILTRACION

La precipitación sobre el cauce es el único incremento del flujo en el

cauce que ocurre durante el período inicial de la lluvia. A medida
que aumenta la corriente aumenta su espejo de agua y por lo tanto
aumenta también el volumen de precipitación sobre el cauce.

La tasa de intercepción es alta al comienzo de la lluvia,

especialmente en una cobertura vegetal densa, y disminuye
conforme se copa la capacidad de intercepción disponible.
 INFILTRACION

La mayor parte de la diferencia de humedad del suelo es satisfecha

antes de que tenga lugar una escorrentía superficial apreciable.

El agua que se infiltra y no es retenida como humedad del suelo, se

mue ve hacia los cauces como escorrentía subsuperficial o penetra
en la capa freática y alcanza eventualmente el cauce como agua
subterránea (flujo base).
 INFILTRACION
La tasa de escorrentía superficial comienza en cero, aumenta
lentamente al principio y luego rápidamente hasta alcanzar un valor
porcentual, en relación a la intensidad de precipitación,
relativamente constante.

La figura 4.5 sólo pretende ilustrar, sobre uno de los infinitos casos
posibles, en cuanto a la magnitud relativa de los diferentes factores
del ciclo de escorrentía. En la práctica se producen complicaciones
debido a las variaciones de la intensidad de la lluvia durante la
tormenta, así como también al hecho de que todos los factores
varían de un punto a otro de la cuenca.
 INFILTRACION
ESTIMATIVOS DE LA ESCORRENTÍA USANDO INFILTRACIÓN

La figura siguiente muestra cómo se puede obtener la escorrentía

directa correspondiente a una lluvia. Ya se indicó que ésta es una
manera sencilla de obtener la escorrentía directa sólo en apariencia.
Hay que agregar ahora que el problema se complica aún más porque:
1) la intensidad de la lluvia puede fluctuar por encima y por debajo de
la curva capacidad de infiltración; 2) la curva misma de capacidad de
infiltración es función de las condiciones de humedad antecedente; 3)
el histograma de una tormenta no es uniforme en todos los puntos de
la cuenca.
 INFILTRACION

OBTENCION DE LA ESCORRENTIA DIRECTA

 INFILTRACION

Índices de Infiltración.- Las dificultades inherentes al método directo

de infiltración, para evaluar la escorrentía directa, han conducido al
uso de los índices de infiltración. El más simple de estos es el índice
Φ, definido como la tasa de precipitación por encima de la cual el
volumen de lluvia es igual al volumen de escorrentía directa. Ver fig.
4.6.
INFILTRACION
 INFILTRACION

La infiltración es el paso del agua a través de la superficie del suelo

hacia el interior de la tierra; la percolación es el movimiento del
agua dentro del suelo y ambos fenómenos, la infiltración y la
percolación, están íntimamente ligados puesto que la primera no
puede continuar sino cuando tiene lugar la segunda. El agua que se
infiltra en exceso de la escorrentía - subsuperficial puede llegar a
formar parte del agua subterránea, la que eventualmente puede
llegar a los cursos de agua.
 INFILTRACION

CAPACIDAD DE INFILTRACION MEDIA

CRITERIO DE LA CAPACIDAD DE INFILTRACION MEDIA (O)

Este criterio supone que la capacidad de infiltración durante toda la

tormenta es constante. A ésta capacidad de infiltración se le llama
Indice de Infiltración media (O). Cuando se tiene un registro
simultaneo de precipitración y escurrimiento de una tormenta, el
índice de infiltración media(o) se calcula de la siguiente manera:
 INDICE DE INFILTRACION

Índices de Infiltración.- Las dificultades inherentes al método directo

de infiltración, para evaluar la escorrentía directa, han conducido al
uso de los índices de infiltración. El más simple de estos es el índice
Φ, definido como la tasa de precipitación por encima de la cual el
volumen de lluvia es igual al volumen de escorrentía directa. Ver fig.
4.6.
 INFILTRACION

Pero, para ser aplicado, el índice Φ tiene que ser previamente

obtenido para la cuenca en estudio. Para esto se requieren
mediciones de caudal y de lluvia en la forma que se describe a
continuación.
INFILTRACION
 INFILTRACION

Supongamos que el área sombreada del hidrograma corresponde al

volumen de escorrentía directa. Dividiendo dicho volumen entre el
área de la cuenca se obtiene la lámina de escorrentía directa. Se
traza luego en el histograma, por tanteos, una horizontal, de modo
que la porción del histograma situada por encima de esta horizontal
represente la lámina de es correntía directa. La ordenada de esta
horizontal es el índice Φ buscado.
 INFILTRACION

METODO PARA ESTIMAR LA CAPACIDAD DE INFILTRACION MEDIA

CRITERIO DE LA CAPACIDAD DE INFILTRACION MEDIA (O)

Este criterio supone que la capacidad de infiltración media es

constante durante toda la tormenta. A esta capacidad de infiltración
se le llama Indice de Infiltración media (O). Cuando se tiene un
registro simultaneo de precipitación y escurrimiento de un a
tormenta, el índice de infiltración media (O) se calcula de la siguiente
manera :
 INFILTRACION

A) El hidrograma de la avenida se separa el gasto base y se calcula el

volumen de escurrimiento directo (Ved).
B) Se calcula la altura de lluvia en exceso o lluvia efectiva (hpe) com o
el volumen de escurrimiento directo entre el ٞ Area la cuenca (Ac)

hpe = Ved/Ac

hpe = Altura de precipitación efectiva ( m)

Ved = Volumen de Escorrentía Directa (m3)

Ac = Área de la Cuenca (m2)

 INFILTRACION

A) Se calcula el Índice de Infiltración Media (O), trazando una linea

horizontal en el histograma de tormenta de tal manera que la
suma de las alturas de precipitaciones que quedan arriba de esa
línea horizontal sea igual a la hpe. El índice de infiltración media
(O) será entonces igual a las alturas de precipitación
correspondiente a la línea horizontal, dividida entre el intervalo
de tiempo (delta t) que dure cada barra del hietograma
 INFILTRACION

EJEMPLO : En una cuenca de 36 km2 de área, se midieron el

Hietograma e Hidrograma mostrados en las figuras. Hallar el Índice
de Infiltración Media que se tuvo durante la tormenta

SOLUCION :

a) Se separa el gasto base y se calcula el Volumen de Escorrentía

Directa (Ved)
INFILTRACION
 INFILTRACION

En la figura se observa que la Linea de separación entre el Gasto

Base y el Gasto Directo, es una recta horizontal.
Luego el Ved = 10x7x3600 = 126,000 m3

a) Se calcula la Lluvia Efectiva (hpe)

hpe = Ved/Ac = 126000 m3/36 km2 = ….. hpe = 3.5 mm

a) Cálculo del Indice de Infiltración Media (O)

 INFILTRACION

TANTEO DE
hpe1(mm) hpe2(mm) hpe3(mm) hpe4mm) hpe5(mm) hpe6(mm) SUMA hpi(mm)
h (mm)
5.00 0.35 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.35
4.00 1.35 0.00 0.00 0.45 0.00 0.00 1.80
3.00 2.35 0.07 0.00 1.45 0.00 0.00 3.87
3.50 1.85 0.00 0.00 0.95 0.00 0.00 2.80
3.15 2.2 0.00 0.00 1.30 0.00 0.00 3.50

Como para h= 3.15 mm, se encuentra que la precipitación encima de la linea horizontal
es igual a la hpe (3.5 mm), luego O = 3.15/t = 3.15 mm/1 hr

O = 3.15 mm/h
 INFILTRACION

Aparatos para medir la infiltración Para medir la infiltración de

un suelo se usan los infiltrómetros, que sirven para determinar
la capacidad de infiltración en pequeñas áreas cerradas,
aplicando artificialmente agua al suelo.
INFILTRACION
INFILTRACION