Ensayo de Infiltracion Porchet: Grado de Saturacion, Permeabilidad y Porosidad del Suelo
Ensayo de Infiltracion Porchet
Para determinar infiltración es muy utilizado el método de ensayo Porchet, también conocido como ensayo de nivel constante; este procedimiento o técnica se usa para medir la velocidad con la que el agua es infiltrada en un hoyo, en el cual se va a proceder a realizar la prueba. Se realiza in-situ en suelos no saturados y los hoyos varían de profundidad. Entonces, al alcanzar la saturación del terreno cercano al pozo, la velocidad de infiltración en el suelo será muy constante, bajo estas condiciones.
Esta técnica no es tan costosa en comparación con otras, pero con un consumo de agua mucho mayor. Además, tiene la ventaja de ser rápida y de fácil implementación.
Tabla de contenido
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¿Como se calcula la Velocidad de Infiltracion?
Para calcular la velocidad de infiltración o lámina infiltrada acumulada se considera la sumatoria de los valores puntuales de infiltración obtenidos en la curva de velocidad de infiltración instantánea.
La ecuación de la infiltración acumulada se obtiene determinando el área formada entre dicha curva y los ejes, es decir integrando la ecuación entre los valores límites: tinicial=0 y el tfinal.
Partiendo de la primera ecuación:
Para comprender mejor su relación, a continuación, se muestran graficas de las curvas de velocidad de infiltración instantánea y de infiltración acumulada.
Ensayo para Determinar el Indice de Absorcion del Suelo
Para Calcular el índice de absorción de un suelo, se puede ejecutar de la siguiente manera:
Primeramente, se puede realizar la excavación de un cuadrado de 0,30 x 0,30 x 0,30 metros, luego llenar con agua hasta la altura de 15 cm, hacer marca a los 15 cm, posteriormente esperar que el terreno absorba el agua en su totalidad y volver a llenar con agua hasta la altura de 15 cm. Luego tomar el tiempo de absorción (cuánto se demora).
Medicion de la Infiltracion del Agua en el Suelo
Conocer la velocidad de infiltración (VI) o la cantidad de agua que ingresa por unidad de superficie y de tiempo. Es posible, a través de un modelo matemático, el cual llega a predecir el tiempo (tiempo de riego) que se necesita para reponer una cantidad de agua en el suelo (Infiltración Acumulada, IA). Las mediciones pueden hacer a través de diversas técnicas de ensayos, como, el de porchet.
Velocidad de Infiltracion del Agua en el Suelo
Hay dos métodos clásicos para conseguir determinar la velocidad de infiltración del suelo. Ellos son:
1. El método cilindro infiltrómetro, utilizado para verificar el comportamiento del suelo donde se utilizan métodos de riego por tendido, bordes, aspersión y goteo.
2. El método surco infiltrómetro, utilizado en los casos en que el cultivo será regado por surcos rectos o sus variantes.
¿Que es un Infiltrometro?
Es un instrumento para medir la capacidad de infiltración de los suelos. Hay distintos tipos de infiltrómetros, entre los que se pueden mencionar:
Infiltrómetro de cilindro o de inundación, estos a su vez pueden ser de cilindro simple o de doble cilindro y el infiltrómetro de disco.
¿Que es un Infiltrometro de Doble Anillo?
El Infiltrómetro que es de doble anillo es simple de utilizar para la determinación de la tasa de infiltración de agua en el suelo. Esta se determina como la cantidad de agua por cada área de superficie y unidad de tiempo que se penetra en el suelo.
Este infiltrometro es considerado muy buena opción para saber la medida de infiltración del suelo y óptimo para esas zonas de encharcamiento.
En este video podrían ver la metodología a seguir para la utilización del infiltrómetro de doble anillo o técnica de Munz para determinar en campo de la conductividad hidráulica de un suelo en condiciones de saturación.
Peso Especifico Saturado
El peso específico saturado es un peso específico que corresponde a una muestra saturada, con todos sus poros llenos de agua.
Grado de Saturacion del Suelo
El grado de saturación del suelo es la proporción en que los espacios vacíos de un suelo o una roca contienen fluido, como agua o petróleo. Este se expresa como un porcentaje en relación con el volumen total de los vacíos y es la relación porcentual entre el volumen de agua en una masa de suelo o roca, y el volumen total de espacios vacíos.
Por lo que 0 £ S £ 100%. Físicamente en la naturaleza S ¹ 0%, pero admitiendo tal extremo, S = 0% Þ suelo seco y S = 100% Þ suelo saturado.
La Permeabilidad de Suelos
Mientras mayor sea la permeabilidad del suelo, mayor será la filtración. Algunos suelos son muy permeables y la filtración puede ser tan intensa que para construir en ellos cualquier tipo de estanque es necesario aplicar técnicas de construcción especiales.
¿Que es la Permeabilidad de Suelos?
La permeabilidad de los suelos es la capacidad que tienen de ser atravesados por fluidos sin ser muy alterada su estructura interna.
La permeabilidad es una de las características que tienen los suelos para transmitir el agua y el aire, esta es una de las cualidades más importantes que han de considerarse.
Factores que influyen en la permeabilidad de los suelos
Son muchos los factores que afectan a la permeabilidad del suelo y en ocasiones, se trata de factores en extremo localizados, como fisuras, por lo que es difícil hallar valores que representen la permeabilidad a partir de mediciones reales.
Sin embargo, se pueden destacar la textura del suelo, su estructura, su consistencia, color o manchas de color, la disposición por capas, los poros visibles y la profundidad de las capas impermeables de la roca madre y la capa de arcilla.
Otros factores que también afectan la impermeabilidad son la humedad, la temperatura, la posición en el medio y la frecuencia del campo aplicado.
Tipos de Permeabilidad
Existen varios tipos de permeabilidad, entre los cuales podemos desarrollar los siguientes:
Permeabilidad del espacio libre:
La permeabilidad del espacio libre es denominada como μ0. Su valor es de 4ᴫ × 10.-7 H / m. Este valor de permeabilidad es tomado como un valor estándar que se trata como constante de permeabilidad.
Permeabilidad del hierro:
La permeabilidad del hierro es entendida como la permeabilidad magnética relativa y se identifica en los materiales por su permeabilidad, que pueden ser ferromagnéticos, paramagnéticos y diamagnéticos.
En su permeabilidad máxima le corresponde 5000 para el hierro y 7000 para el hierro silicio, esto en la tabla de propiedades magnéticas de materiales.
Permeabilidad del acero:
Son valores característicos de la permeabilidad relativa de los materiales ferromagnéticos: 2000 para el acero en cuanto a su permeabilidad máxima.
Permeabilidad del agua:
En casos de querer construir un estanque, es importante determinar la posición relativa de las capas permeables e impermeables y al planificar un diseño para esto se debe evitar haya capas permeables en el fondo para impedir una pérdida de agua excesiva hacia el subsuelo a causa de la filtración.
Permeabilidad del suelo:
La determinación de la permeabilidad del suelo es de gran importancia en los estudios hidráulicos portante del sustrato, por ejemplo, para poder construir edificios u obras civiles, para estudios de erosión, para mineralogía, entre otras aplicaciones.
La permeabilidad del suelo puede ir en aumento por la existencia de fallas, grietas, juntas u otros defectos estructurales.
Permeabilidad Relativa
La permeabilidad relativa es la relación entre la permeabilidad efectiva de un fluido en particular, con una saturación dada, y la permeabilidad absoluta de ese fluido en condiciones de saturación total.
La permeabilidad relativa es medida para describir de manera cuantitativa el transporte simultáneo de dos o más fluidos inmiscibles a través de una roca de formación y estas mediciones dependerán principalmente de las saturaciones de los fluidos.
Permeabilidad relativa formula
La permeabilidad relativa es una cantidad adimensional y positiva, ya que surge del cociente de dos cantidades positivas a su vez.
μr=B/Bo = μ / μo
μ= μr . μo
¿Que son las Napas de Aguas Subterraneas?
Son conductos de agua subterránea saturada, donde el agua escurre por la gravedad y algunas de éstas quedan atrapadas por rocas superiores y se encuentran sometidas a grandes presiones.
¿Cuales son las napas de aguas subterraneas?
Las napas de aguas subterráneas son aquellas que están ubicadas en diferentes alturas en el perfil del subsuelo y son susceptibles a ser alcanzadas por contaminantes de diversa naturaleza: orgánica, inorgánica, entre otros.
Las napas implican contaminación por complejos mecanismos de transporte de los contaminantes, un claro ejemplo de ello es la contaminación de napas por pesticidas.
¿Que es la Porosidad del Suelo?
Los espacios porosos del suelo se refieren al porcentaje del volumen del suelo no ocupado por sólidos.
Por lo que tenemos textura y estructura del suelo, siendo esta su porosidad, es decir su sistema de espacios vacíos o de poros.
¿Como se mide la Porosidad del Suelo?
Para medir la porosidad del suelo hay que utilizar las siguientes formulas:
En donde:
- P = porosidad
- Ve = volumen de los espacios vacíos, que corresponden a los que están ocupados por gases o líquidos;
- V = volumen total de la muestra, comprendiendo sólidos, líquidos y gases.
La porosidad puede ser determinada por la fórmula:
En donde:
- P = porosidad en porcentaje del volumen total de la muestra;
- S = densidad real del suelo.
- Sa = densidad aparente del suelo;
La porosidad variara entre los siguientes límites:
- Suelo ligero corresponde: 30 – 45 %
- Suelo medio corresponde: 45 – 55 %
- Suelo pesado corresponde: 50 – 65 %
- Suelo turboso corresponde: 75 – 90 %
Desarrollo Ensayo Porchet
1 Alcance
Entregar un coeficiente de permeabilidad de forma global en la superficie del suelo cuando la napa freática está profunda, consiste en hacer una excavación de una cavidad cilíndrica con un diámetro igual o al menos del ancho de la zanja o pozo.
En los casos de obras de infiltración importantes es imprescindible excavar varias aberturas para así obtener medidas representativas de la permeabilidad en toda su superficie. Y estas cavidades deben hacerse a la misma profundidad de la obra.
2 Procedimiento
El método que es empleado para un ensayo porchet consisten o radican en llenar de agua la cavidad y medir el descenso hacia la superficie libre a causa de la infiltración a través del fondo y las paredes.
La rapidez de infiltración del agua o la permeabilidad global en el suelo a esa profundidad es determinada con la utilización de las alturas de agua para dos instantes de tiempo no muy alejados, como, por ejemplo:
donde R es el radio de la excavación, h1 y h2 las alturas de agua en los instantes t1 y t2 respectivamente.
Se aconseja obtener varios pares de medidas de t y h para lograr estimar un valor promedio de f.
Ejemplo: Para medir la permeabilidad global del terreno se ha efectuado un ensayo del tipo Porchet excavando un cilindro de 60cm de diámetro y 60cm de profundidad. Al estar llena de agua la excavación se esperó hasta que esta alcanzara un nivel de 50cm sobre el suelo y se midió el tiempo cada dos centímetros de descenso del nivel. Los valores se presentan a continuación:
Nivel mm | Tiempo segundos | Tiempo horas | 2h+R cm | mm/hora |
500 | 0 | 0 | 1300 | |
480 | 520 | 0,144 | 1260 | 32,4 |
460 | 1082 | 0,301 | 1220 | 31,0 |
440 | 1560 | 0,433 | 1180 | 37,7 |
420 | 2110 | 0,586 | 1140 | 33,9 |
400 | 2605 | 0,724 | 1100 | 38,9 |
Se estima una infiltración global en 34,8 milimetro/hora.
3 Otros
Ensayos de Índice de Absorción del Suelo
Un ensayo de índice de absorción es realizado a través de una excavación cubica de 30 x 30 x 30 centimetros, en esto se registra el tiempo que tardara en absorber los primeros 2.5 centímetros (1 pulg) de agua.
Fuentes:
- American Standar Testing Materials (2000). “Annual book of ASTM Standards”. 08.
- Macias, Vargas y Arellano (2018). Conductividad Hidráulica en dos sitios del Valle Central de Costa Rica: Análisis Comparativo de tres Metodologías de Ensayo en la zona no Saturada. Revista Geologica de America Central Geológica de América Central, 59, 75-100, 2018 / ISSN: 0000-0000.
- Ministerio de Vivienda y Urbanismo(1996).Técnicas Alternativas para Soluciones de Aguas Lluvias en Sectores Urbanos. Guía de Diseño. Santiago.
- “Centro Andino para la Gestión y Uso del Agua (Centro AGUA) Facultad de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y Forestales” (2016)