HIDRAULICA Y MECANICA DE FLUIDOS

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UNIVERSIDAD PRIVADA SAN CARLOS – PUNO[pic 2]

FACULTADO DE INGENIERIA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL

       HIDRAULICA Y MECANICA DE FLUIDOS

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ESTIMACION DE PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE SUELOS POR MEDICIONES A CAMPO Y EL USO DE MODELOS DE FLUJO ESTACIONARIO Y TRANSITORIO

MARCO ANTONIO CHOQUE PARARI

SEMESTRE V

ESTIMACION DE PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE SUELOS POR MEDICIONES A CAMPO Y EL USO DE MODELOS DE FLUJO ESTACIONARIO Y TRANSITORIO

INTRODUCCIÓN

El conocimiento de los mecanismos de movimiento del agua en los horizontes superficiales del suelo ocupa un lugar preponderante en muchas áreas de investigación, como ser la agronomía, la ingeniería civil, la hidrología y las ciencias ambientales.

Existen dos grupos de técnicas para evaluar el movimiento del agua en el suelo; uno es el de los simuladores de lluvia y el otro el de los infiltrómetros. En este segundo grupo se han utilizado los anillos cilíndricos simples y múltiples concéntricos, y los infiltrómetros de varios tipos

En un taller realizado en La Plata, Argentina, en 2003, se discutió la posibilidad de lograr una estandarización de la medida de infiltración, llegándose a la conclusión de que resulta muy difícil lograr una técnica que sea lo suficientemente confiable y reproducible para utilizar en todos los suelos.

Con otro enfoque del problema, Rawls et al., (1998) usaron datos de textura, densidad aparente y la pendiente de la curva de retención hídrica para predecir conductividad hidráulica saturada (K0).

De un conjunto inicial de 1.508 medidas de datos de suelos de EE.UU. tomadas de la bibliografía, descartaron 555 datos que presentaban diferentes particularidades no deseadas por los autores. Con los datos restantes parametrizaron una ecuación que permite, a partir de la porosidad efectiva, predecir la conductividad hidráulica saturada (K0), de manera que no fuera necesario el trabajo experimental para estimar este parámetro. Se aclara que en todo caso se utilizan datos de la matriz del suelo, lo que hace que la representatividad en el campo de los valores de K0 obtenidos sea limitada.

La demanda de una metodología confiable y rápida para estimar variables hidráulicas a partir de la infiltración del agua en el suelo sigue siendo importante.

En este sentido en los últimos 15 años se ha trabajado mucho para encontrar un método rápido, sencillo y pre- ciso que permitiera estimar dos variables hidráulicas; la conductividad hidráulica saturada (K ) (mm h-1) y la sortividad (S ) (mm h-1/2).

Una respuesta aceptable para muchos investigadores ha sido el uso del infiltrómetro de disco a tensión des- cripto por Perroux & White (1988), que ha sido utilizado cada vez con más frecuencia para la determinación in situ de estas variables. Este instrumento presenta una serie de ventajas; (i) es fácilmente transportable; (ii) usa volúmenes de agua relativamente pequeños; (iii) al permitir

realizar mediciones in situ se pueden obtener valores representativos del campo sin los problemas aparejados de la toma y transporte de muestras; (iv) por sus características de diseño permite realizar mediciones discriminando parcialmente el tamaño de poros que se desea excluir; (v) se ha citado que debido a tratar el flujo en 3 dimensiones alcanza el estado estacionario con mayor rapidez y (vi) su reducido costo.

Los modelos teóricos existentes para elaborar los da- tos experimentales obtenidos son de dos tipos. Uno de ellos se basa en el análisis del flujo de agua considerado en su estado estacionario, y el otro se basa en el flujo en el estado transitorio.

A modo de ejemplo, puede citarse a Logdson & Jaynes (1993) que, comparando cuatro métodos diferentes, ob- tienen resultados muy disímiles, de una gran variabilidad en los valores de K0 y S0. En casos extremos, utilizando uno de los métodos más aceptados (White & Sully, 1987) obtienen, de 34 determinaciones, que sólo 20 pueden utilizarse para el cálculo de K0 y S0. Se mencionan como motivos del pobre ajuste, o no adecuación de los modelos, a que hay casos donde los valores de K0 son negativos y, en otros, que no es posible lograr buenas determinaciones de S0, necesarias en el modelo matemático usado.

Resultados similares fueron publicados recientemente por Aoki & Sereno (2004 a) donde utilizando dos métodos de obtención de K0 obtienen valores diferentes para cada uno de los métodos (con un factor 2 aproximadamente).

Las hipótesis que se plantearon en este estudio fueron dos; primera, que los modelos de flujo estacionario y de flujo transitorio conducen a resultados de parámetros hidráulicos coherentes y; segunda, que los distintos manejos del suelo afectan las propiedades hidráulicas del mismo.

Los objetivos fueron:

a. medir la infiltración de agua a campo en un suelo con tres situaciones de manejo con el infiltrómetro de disco,

b. a partir de los mismos datos experimentales estudiar el comportamiento de dos modelos teóricos diferentes, suponiendo flujo estacionario o transitorio, para estimar la sortividad y la conductividad hidráulica saturada.

MATERIALES Y MÉTODOS

TEORÍA

INFILTRACIÓN DEL AGUA EN EL SUELO

El fenómeno de infiltración del agua en el suelo consiste en la entrada de agua desde la superficie al interior del mismo. Esta entrada está gobernada por condicionantes de diferente naturaleza, como ser el grado de compactación, la distribución del tamaño de poros, y la clase textural de los suelos, entre otros.

CONDUCTIVIDAD HIDRÁULICA

La conductividad hidráulica expresa la capacidad de un medio poroso para transmitir agua. Esta constituye un concepto más general que la permeabilidad, de la que se diferencia porque depende no sólo de las características del espacio poroso, sino también de la condición misma del agua. Por tanto, la conductividad hidráulica del suelo depende principalmente de su estructura, del contenido de humedad del suelo y de la temperatura del agua.

La conductividad disminuye cuando también lo hace el con- tenido de humedad, ya que la sección útil de los poros (agua en estado líquido) se ve reducida y la tortuosidad aumenta. Por otra parte, por ser los poros mayores los primeros en vaciarse, las moléculas de agua quedan más próximas a las superficies de las paredes de los poros y con ello se produce un incremento de la resistencia viscosa a la filtración. Por estas razones la conductividad hidráulica se considera como una función del contenido de agua del suelo.

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