Método de Porchet Par Al Velocidad de Infiltracion en El Suelo

Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil Departamento de Hidráulica Hidráulica

Hidrología “N” Segundo Semestre 2016 Ing. Claudio César Castañón Contreras

Informe - “Método de Porchet para la velocidad de Infiltración del Suelo”

Nombre Nataly Veraliz Guzmán Estrada Ilsy Rosmery Hernández Medrano

Fecha de entrega: Salón: Hora:

Carné 2012 - 13353 2010 - 20236

Guatemala, Guatemala , 3 de Octubre del 2016 211 edificio T-3 14:50 – 14:50 – 13:40  13:40

Contenido 1. Introducción ..................................................................................................................... 1 2.

Objetivos .........................................................................................................................1 3.1

General ....................................................................................................................1

3.2

Específicos ..............................................................................................................1

4

Marco teórico ..............................................................................................................2

4.1

Definición de Infiltración del Agua .........................................................................2

4.2

Método de infiltración de Porchet ..........................................................................2

4.2.1

Desarrollo del mismo .......................................................................................3

5.

Ubicación y Localización del Ensayo....................................................................... 5

5.

Datos Tomados y Memoria de Cálculo ....................................................................... 7

6.

Procedimiento de la práctica .......................................................................................10

7.

Conclusiones ................................................................................................................ 12

8.

Recomendaciones ........................................................................................................ 12

9.

Bibliografía y e grafías ................................................................................................. 13

Método de Porchet para la velocidad de infiltración del Suelo Hidrológica - N

1. Introducción Los procesos de infiltración se deben a la escorrentía causada por la precipitación de intensas lluvias. Los métodos de infiltración se encargan de estudiar la velocidad de infiltración del agua a través de los suelos. 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 de infiltración desempeñan un papel importante por 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. 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 sub-superficial; por lo tanto se ha recurrido a métodos de ensayo, para determinar la capacidad de infiltración de un suelo, con la finalidad de obtener características útiles en la Agricultura, el diseño y construcción. Para un suelo ubicado en Quiche, se obtuvieron los resultados a continuación en este informe.

2. Objetivos 3.1 General 

Mediante el método asignado, elaborar el ensayo de infiltración del agua a través de los poros del suelo / tiempo “Método de Porchet”. 3.2 Específicos

1. Determinar la importancia en el proceso de Infiltración del agua en el planeta y su enfoque en el diseño y construcción. 2. Describir y desarrollar el Método de Porchet, determinando su facilidad de uso. 3. Ejemplificar el desarrollo del método.

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Método de Porchet para la velocidad de infiltración del Suelo Hidrológica - N

4

Marco teórico 4.1 Definición de Infiltración del Agua

La infiltración es el proceso por el cual el agua en la superficie de la tierra entra en el suelo. El proceso de infiltración puede continuar sólo si hay espacio disponible para el agua adicional en la superficie del suelo. El volumen disponible para el agua adicional depende de la porosidad del suelo y de la tasa a la cual el agua antes infiltrada puede alejarse de la superficie a través del suelo . 

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.

Figura No.1 – Proceso de Infiltración del agua en el suelo  – Fuente: http://www.ciclohidrologico.com/infiltracin_del_agua 4.2 Método de infiltración de Porchet El pozo invertido reconocido como método de Porchet en la literatura francesa, ha sido diseñado para obtener la conductividad hidráulica de un suelo con problemas de drenaje, pero sin presencia de nivel freático en el momento de la medición. Se basa en el principio de la infiltración de agua en el suelo y se emplea un cilindro para hacer pasar continuamente agua a un suelo no saturado. Después de un tiempo, se encontrará que el suelo debajo y alrededor del cilindro alcanza la saturación, y que el frente húmedo describe una línea relativamente nítida entre el suelo húmedo y el suelo seco. Para la estimación de la tasa de infiltración en terreno se puede utilizar el método de Porchet, el cual consiste en excavar un cilindro de radio R y se llenarlo con agua hasta una altura h. El método se encuentra relacionado con la intensidad de precipitación y depende de las características físicas del suelo, tales como la textura, estructura, compactación, contenido de humedad, pues si este aumenta la cantidad de agua infiltrada disminuye.

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Método de Porchet para la velocidad de infiltración del Suelo Hidrológica - N

Figura No.2 – Cilindro excavado para el método de Porchet  – Fuente: Documento citado (1) La superficie a través de la cual se infiltra el agua es: S= -R * (2h + R) Para un tiempo dt suficientemente pequeño para que pueda suponerse que la capacidad de infiltración “f” es constante verificando la igualdad: -R * (2h + R)*f = -

f *dt = -R

f =

 ℎ 

ℎ ℎ+



ℎ + * ln ( )  ( −  ) ℎ +

Luego de simplificar e integrar, para determinar 2F2 basta con realizar las mediciones con pares de valores (h1, t1) y (h2, t2); de forma que t2 y t1 no difieran demasiado, para así evaluarlo en la expresión obtenida anteriormente. 4.2.1

Desarrollo del mismo

Figura No. – Pozo barrenado o de Porchet – Fuente: http://es.slideshare.net/romelgam/capitulo-5-propiedades-hidrulicas2015

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Método de Porchet para la velocidad de infiltración del Suelo Hidrológica - N  

 

Hora incio

Realizar un agujero de forma circular con radio de 30 cm, y profundidad de 30  – 40 cm. Inmediatamente después colocar el plástico (nylon) llenando de agua hasta una altura de 25 - 35 cm., retirar cuidadosamente el nylon y marcar inmediatamente el nivel del agua en el cilindro, que ha de servir de referencia a las lecturas posteriores. Anotar en la forma de registro la hora en que se marcó el nivel inicial del agua. Para obtener una información completa haga mediciones de la altura de agua en el agujero a los 5, 10, 20,30,45,60,90, 120 minutos y luego a cada hora, hasta completar un tiempo de 3  –4 horas, o en todo caso, hasta llegar a la permeabilidad estabilizada, (en suelos arenosos que en los arcillosos).

Intervalo Min.

Tiempo acumulado Min.

Lectur a cm

Diferencia de lectura cm



  

 (   )

  

Ln

Velocidad de infiltración Cm Cm Mm /min /h /h

Tabla de datos utilizada durante el ensayo de infiltración por el método de Porchet Pudiendo determinar:      

El modelo de Porchet La “f” infiltración básica El Tiempo necesario en horas para alcanzar la infiltración básica La velocidad de infiltración Gráfico de la respuesta del comportamiento de la I nfiltración

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Método de Porchet para la velocidad de infiltración del Suelo Hidrológica - N

También es llamado Método del pozo barrenado invertido, Se busca determinar el valor de la Conductividad hidráulica saturada horizontal del suelo Ks; midiendo así el nivel de descenso del agua en el pozo, una vez que el suelo se ha saturado previamente. La conductividad hidráulica saturada Ks (cm *h^-1) se determina mediante la ecuación: Ks = 1.15 *R* s Donde.   

R = radio del pozo en cm. S = pendiente de la curva logarítmica (ht + R/2) versus el tiempo. h = altura de la columna de agua dentro del pozo. Ks = 1.15*R

   

 (ℎ1 +  / ) –  (ℎ 2 +  / ) −

h1 es el tirante inicial en el pozo (cm). h2 es e tirante final de agua en el pozo (cm). tn Tiempo que tarda el agua en bajar del nivel inicial al final (seg). t1 Tiempo inicial ensayo (cm/seg)

5. Ubicación y Localización del Ensayo

Figura No.3 – Ubicación del departamento de Quiche en Guatemala; fuente: Google earth, altura del ojo 822.76 km y 291.08 respectivamente.

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Método de Porchet para la velocidad de infiltración del Suelo Hidrológica - N

Bandera Escudo

Ubicación de El Quiché 15°02′N 91°09′O

Coordenadas Capital

Santa Cruz del Quiché

Población

144.461

Coordenadas

15°03′N 91°15′O

Idioma oficial

Uspanteko, ixil,sakapulteko, k'iche' y español

Entidad

Departamento

País

Guatemala

Cabecera

Santa Cruz del Quiché

Región

Región VII o Noroccidental

Subdivisiones

21

Fundación Admisión

1872

Superficie

Puesto 4.º de 22

Total

8378 km²

 Altitud Media

2021 m s. n. m.

Clima

templado, frío

Población (2014)

Puesto 5.º de 22

Total

953 027 hab.

Gentilicio

Quichelense Tabla No. – Orografía de Quiche

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Método de Porchet para la velocidad de infiltración del Suelo Hidrológica - N Capacidad Productiva de la Tierra Se cuenta con una capacidad productiva en este departamento, existen 8 clases agrológicas de clasificación de capacidad productiva de la tierra, en función de los efectos combinados del clima y las características permanentes del suelo. De estas 8 clases la I, II, III Y IV son adecuadas para cultivos agrícolas con prácticas culturales específicas de uso y manejo; las clases V, VI, y VII pueden dedicarse a cultivos perennes, específicamente bosques naturales o plantados; en tanto que la clase VIII se considera apta solo para parques nacionales, recreación y para la protección del suelo y de la vida silvestre; predominando las clases VII, IV y VI.

Figura No.4 – Perfil de elevación del departamento de Quiché, pendiente máxima de 21.6%; fuente Google earth

5. Datos Tomados y Memoria de Cálculo Diámetro (cm)  Altura (cm)  Altura de referencia (cm) Tabla No.1 – Características del Lectura Altura (cm)

11:05 11:10 11:15 11:20 11:25 11:30 11:35 11:40 11:45 11:50 11:55 12:00 12:05 12:10

25 19.5 17 15 14 12.5 12 11 10.5 10 9.5 9 8 8

30 30 25 cilindro

Hora de inicio 11.05 am; intervalos de 5 minutos     f Tiempo Dif. (cm/min) 2 (   )    acumulado De (minutos ) lectura (cm) 05 10 15 20 25 30 35 40 45 50 50 55 60 65

0.5 2.5 2 1 1.5 0.5 1 0.5 0.5 0.5 0.5 1 0

3 3 3 3 3 3 3 3 3 0 3 3 3

3480 2526 2070 1770 1570 1380 1278 1152 1080 1010 942 858 766

f (cm/h)

f (mm/h)

24.46

1467.86

14678.62

23.50

1410.19

14101.91

22.91

1374.35

13743.55

22.44

1346.17

13461.72

22.08

1324.59

13245.90

21.69

1301.37

13013.71

21.46

1287.55

12875.49

21.15

1268.87

12688.66

20.95

1257.25

12572.49

0.00

0.00

0.00

20.54

1232.64

12326.41

20.26

1215.83

12158.29

19.92

1195.41

11954.13

pág. 7

Método de Porchet para la velocidad de infiltración del Suelo Hidrológica - N 12:15 12:20 12:25 12:30 12:35 12:40 12:45 12:50 12:55 13:00 13:05 13:10 13:15 13:20 13:30 13:35 13:40 13:45 13:50 13:55 14:00

8 7.5 7.5 6.5 6.5 6 6 5.5 5.5 5 5 4 3.5 3.5 3 3 3 2 1.5 1 0

70 0 3 75 0.5 3 80 0 3 85 0.5 3 90 0 3 95 0.5 3 100 0 3 105 0.5 3 110 0.5 3 115 0.5 3 120 0 3 125 1 3 130 0.5 3 135 0.5 3 140 0.5 3 145 0 3 150 0 3 155 1 3 160 0.5 3 165 0.5 3 170 1 3 Tabla No.2 – Datos tomados del

19.92 766 19.86 750 19.67 705 19.54 675 19.14 589 19.07 576 18.84 534 18.77 522 18.53 481 18.46 470 18.19 430 18.05 410 17.36 326 17.00 289 16.93 282 16.52 246 16.52 246 16.37 234 15.26 162 14.51 126 13.50 90 suelo en Quiché

1195.41

11954.13

1191.61

11916.13

1180.48

11804.76

1172.65

11726.48

1148.12

11481.17

1144.10

11440.99

1130.47

11304.71

1126.38

11263.80

1111.66

11116.56

1107.49

11074.92

1091.48

10914.81

1082.91

10829.08

1041.64

10416.42

1019.96

10199.57

1015.54

10155.43

990.96

9909.60

990.96

9909.60

981.96

9819.58

915.77

9157.67

870.53

8705.31

809.97

8099.66

Gráfico que relaciona Infiltracion vrs tiempo 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Grafica No.1 – relación infiltración, versus el tiempo.

La infiltración en la primera toma de datos, presenta datos extremos debido a que las condiciones del suelo ya eran saturadas, disminuyendo conforme el paso del tiempo, de manera no tan significativa (con diferencias de 1 cm) entre lecturas.

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Método de Porchet para la velocidad de infiltración del Suelo Hidrológica - N

Hora de inicio 11.05 am; intervalos de 5 minutos     f f Tiempo (cm/min) (cm/h)    (minutos 2 (   ) ) 05 0 67.28 0.00 0.00 10 -30 67.76 -126.48 7588.76 40 -30 69.08 -127.06 7623.47 50 0 69.53 0.00 0.00 60 70.00 1.304348 -5.54 -332.49 80 -30 70.89 -127.83 7670.01 90 -15 71.34 -64.01 3840.74 100 -30 71.80 -128.21 7692.90 110 70.42 1.428571 -6.08 -364.67 Tabla No.3 – Segunda toma de Datos

Lectura Altura (cm) 14:20 14:30

25 25

15:00

24.5

15:10 15:20

24 24

15:40

12.5

15:50

12

16:00

11

16:10

10.5

f (mm/h)

0.00 75887.61 76234.74 0.00 -3324.93 76700.14 38407.44 76928.99 -3646.65

Gráfico de Comparacion 0.00 -20.00 0

20

40

60

80

100

120

-40.00 -60.00 -80.00 -100.00 -120.00 -140.00

Grafica No.2 – relación infiltración, versus el tiempo.

Debido a las condiciones que se tomaron las segundas lecturas, son respuesta ante la saturación casi total del área de suelo utilizada, de las 2 horas, se llevó hacia las 16:00 con intervalos a conveniencia de 10 minutos.

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Método de Porchet para la velocidad de infiltración del Suelo Hidrológica - N 6. Procedimiento de la práctica

Figura No. – 5 – Limpieza y excavacion

Figura No. 6 – Limpieza e inicio del método

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Método de Porchet para la velocidad de infiltración del Suelo Hidrológica - N

Figura No. 7 – Excavacion de cilindro cuyas dimensiones son conocidas, para asi determinar la capacidad fe infiltracion del suelo, mediante el uso del Metodo de Porchet

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Método de Porchet para la velocidad de infiltración del Suelo Hidrológica - N

7. Conclusiones 

Existen varios métodos para medir la capacidad de infiltración del suelo y a permeabilidad, dentro de la investigación pudo observarse que el más utilizado es el método de dobles cilindros, enfocados mayormente en el área de la agricultura y sistemas de riego.



La infiltración es un proceso de gran importancia económica, pudiendo ser vista como un proceso de perdida según la ingeniería; siendo el contrario desde la agricultura. Ya que del agua infiltrada se proveen casi todas las plantas terrestres, animales, alimento del agua subterránea, reducción de inundaciones y la erosión del suelo. Siendo la capacidad de infiltración el factor importante para determinar la funcionalidad del terreno en cuanto al grado de humedad y el tipo del suelo.



El método de Porchet, también conocido como Pozo barrenado Invertido, se utiliza para obtener la conductividad hidráulica de un suelo con problemas de drenaje, pero sin presencia de nivel freático en el momento de la medición. Se basa en el principio de la infiltración de agua en el suelo y se emplea un cilindro para hacer pasar continuamente agua a un suelo no saturado. Siendo relativamente fácil de hacer y determinar sus resultados. En este caso el suelo es arcillo , por lo tanto es impermeable, y una vez que su capacidad de infiltración haya sido superada, se corre riesgo de inundaciones ETC.

8. Recomendaciones  

Al momento de realizar cualquier tipo de medición es necesario seguir correctamente los pasos y las especificaciones minuciosas, si se desea obtener resultados precisos; es necesaria la aplicación de ensayos para determinar la absorción de agua del suelo, cuya velocidad de infiltración permitirá así, conocer datos importantes para el diseño, la operación y evaluación de los sistemas ya sea de riego en caso de la agricultura, el cálculo de la escorrentía como una respuesta a la cantidad de precipitación en un lugar específico, pudiendo evitar algún tipo de desastre.

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Método de Porchet para la velocidad de infiltración del Suelo Hidrológica - N

9. Bibliografía y e grafías 1.

2.

3. 4. 5.

6.

Universidad De Chile Facultad De Ciencias Físicas Y Matemáticas Departamento De Ingenieria Civil. (Sin Año De Publicacion). Tema 3 Ley De Darcy Prueba De Infiltracion. En Hidraulica De Aguas Subterraneas Y Su  Aprovechamiento (4). Chile: Sin Editorial. IVAN JIMENEZ STEER; LUIS RODRIGUEZ DOMINGUEZ. (2008). diagnstico de infiltracion y permeabilidad de los suelos. 18/09/2016, de Civilgeeks.com Sitio web: http://civilgeeks.com/2016/03/17/diagnostico-de-la-infiltracion-ypermeabilidad-en-los-suelos/ Romel Gallardo Amaya. (11/09/2015). Propiedades Hidráulicas de los Suelos. 18/09/2016, de Slideshare Si Sin autor. (Sin año de publicación). Pozo Invertido. 18/09/2016, de INGENIUM Sitio web: http://hitdexcan.blogspot.com/2015/12/pozo-invertido.html Guillermo Pérez. (Sin año de publicación). Infiltración del Agua. 21/09/2016, de © Ciclo Hidrologico .com Sitio web: http://www.ciclohidrologico.com/infiltracin_del_agua Sin autor . (sin año de publicación). Capítulo 3 - Infiltración. 21/09/2016, de UDEP Sitio web: http://www.biblioteca.udep.edu.pe/BibVirUDEP/tesis/pdf/1_136_147_89_1258.p df

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