INDICE GENERAL

PginaSummary 04I.-Introduccin 06II.-Planteamiento del estudio 10III.-Marco terico 13IV.-Materiales y procedimientos 22V.-Anlisis y discusin de los resultados 26VI.-Conclusiones y recomendaciones 31Referencias bibliogrficas 33

SUMMARY

The object of the research is to determine experimentally the capacity of infiltration that New Chimbote presents the soils again, thus to estimate the water mass that would be infiltrating towards the soil product of the irrigation for gravity that is applied intensively in the Project CHINECAS.

The activities of irrigation for agriculture in the area of the Special Project CHINECAS, it has caused in the last years the increase of the phreatic level in the low part of the valley, specially in Holy deltas of the river and the river Lacramarca. The ascent of the groundwater level brings as consequence the salty of the soils, damages to the constructions and other problems related to high groundwater level.

The infiltration of the water in the soil had a behavior waited according to the type of soil typical of the zone; for the first test realized in Tangay Bajo of the Project CHINECAS, the rate of obtained infiltration was of 0.40 cm/min or 24cm/hr. For the second test, realized in the gully San Antonio, sector Atahualpa's Pampas, the rate of measured infiltration was 0.19 cm/min or 11.40 cm/hr.

Likewise, the maximum depth of Wetted of the soil for the first test is 70 cm for a time of 59 minutes. For the second test, the depth of Wetted of the soil is 47 cm for a time of 75 minutes.

It has been obtained by means of correlation the mathematical models of infiltration that allows to calculate the water volume that infiltrates to the subsoil for unit of time, ensuing from the form: I=1.489*t-0.33 and I=1.928*t-0.50 for the first and the second it tries respectively.

RESUMEN

El objeto de la investigacin es determinar experimentalmente la capacidad de infiltracin que presentan los suelos de Nuevo Chimbote, para de este modo estimar la masa de agua que se estara infiltrando hacia el suelo producto del riego por gravedad que se aplica intensivamente en el Proyecto CHINECAS.Las actividades de riego para agricultura en el mbito del Proyecto Especial CHINECAS, ha ocasionado en los ltimos aos la elevacin de la napa fretica en la parte baja del valle, especialmente en los deltas del ro Santa y el ro Lacramarca. El ascenso del nivel fretico trae como consecuencia la salinizacin de los suelos, daos a las construcciones y otros problemas relacionados a nivel fretico alto.La infiltracin del agua en el suelo tuvo un comportamiento esperado segn el tipo de suelo caracterstico de la zona; para la primera prueba realizado en Tangay Bajo del Proyecto CHINECAS, la tasa de infiltracin obtenida fue de 0.40 cm/min o 24cm/hr. Para la segunda prueba, realizado en la quebrada San Antonio, sector Pampa de Atahualpa, la tasa de infiltracin medida fue 0.19 cm/min o 11.40 cm/hr.Asimismo, la mxima profundidad de humedecimiento del suelo para la primera prueba es de 70 cm para un tiempo de 59 minutos. Para la segunda prueba, la profundidad de humedecimiento del suelo es 47 cm para un tiempo de 75 minutos.Se ha obtenido mediante correlacin los modelos matemticos de infiltracin que permita calcular el volumen de agua que se infiltra al subsuelo por unidad de tiempo, resultando de la forma: I=1.489*t-0.33 e I=1.928*t-0.50 para la primera y segunda prueba respectivamente.

I. INTRODUCCION

ASPECTOS GENERALESEl presente estudio de medicin de la infiltracin, ha sido desarrollado con la finalidad de conocer las implicancias en el distrito de Nuevo Chimbote, del riego indiscriminado por gravedad que se aplica en el mbito del Proyecto Especial CHINECAS, y se basa en las mediciones hechas en el terreno por parte del investigador en 2 zonas previamente determinadas.

La prctica de riego en tipos de suelos donde la napa fretica no desciende con la rapidez necesaria, produce perjuicios en los cultivos, construcciones, y terrenos ocasionando grandes prdidas. Para la solucin de este problema es necesario la implementacin de un sistema de drenaje adecuado.

En el diseo de un adecuado sistema de drenaje se debe tener en cuenta diversos factores, ya que el papel de dicho sistema es acortar la distancia que el agua debe recorrer en el medio poroso aumentado el grado del flujo superficial o producir un flujo por tubera. Obviamente el agua no dejar el perfil del suelo para entrar en el cao de drenaje o zanja, si es que la energa potencial del agua en el dren no menor que la del suelo; lo que significa que el dren debe colocarse por debajo del nivel del agua fretica, que viene a ser el lugar geomtrico de los puntos en que el potencial matricial es nulo, por tanto, el nivel fretico no puede ser inferior al nivel del dren.

Sabemos que el propsito principal del riego es el de restituir agua a la zona de raices mediante diversos mtodos de riego a travs de los cuales se aplica el agua a la superficie del terreno para que penetre en l y quede disponible para las plantas. En estas condiciones, la velocidad con que el agua penetra en el suelo, denominada velocidad de infiltracin, reviste gran importancia, particularmente por la variacin de las caractersticas de suelo tanto temporales como espaciales, durante el proceso dinmico que se produce por la interaccin de la fase lquida del agua con la slida de las partculas de suelo.

La velocidad de infiltracin es un parmetro que debe ser estudiado y determinado, pues tiene un rol primordial en el manejo del agua a nivel predial.Los principales mtodos de medicin de velocidad de infiltracin, bajo condiciones de campo, comprenden: inundacin y estancamiento de agua en la superficie, aplicacin de agua por aspersin, medida de entrada y salida de agua en surco o platabandas y el avance del frente de agua

1.1. UBICACIN DEL AREA DE ESTUDIO

El presente estudio se realiza en el distrito de Nuevo Chimbote, provincia del Santa, que tiene veinte provincias y que conforman el Departamento de Ancash, perteneciente a la regin Ancash; limita al norte con la Regin La Libertad, al este con las provincias de Pallasca, Corongo, Huaylas y Yungay. Al sur limita con la Provincia de Casma y al oeste con el Ocano Pacfico.

La ciudad de Nuevo Chimbote esta situada a la altura del Km. 420 de la carretera panamericana norte y la zona materia del presente estudio se encuentra ubicada a 3 kms. Aproximadamente al sur de esta ciudad, en la zona de Tangay Bajo; polticamente pertenece a la provincia del Santa.

Para efectos del estudio se ha considerado la cuenca baja del ro Lacramarca, lugar donde se ubican cierta cantidad de batera de pozos tubulares.

Para efectos del presente informe se ha elegido la zona de la margen izquierda del ro Lacramarca; dentro del distrito de Riego Santa -Lacramarca, extendindose por el norte hasta la coordenada 9 000 000; por el Sur hasta la coordenada 8996000, por el este hasta la coordenada 770 000.

1.2. ACCESIBILIDADLa Carretera Panamericana constituye la va ms importante que enlaza toda la faja costera; en territorio ancashino se inicia en el kilmetro 206 desde Lima. Luego de pasar la Fortaleza de Paramonga y el ro Fortaleza, recorre 82 kilmetros por carretera asfaltada a orillas de Ocano Pacfico y en altitudes de pocos m.s.n.m. hasta llegar al pueblo de Huarmey.

Desde Huarmey hasta Casma, y sobre el mismo panorama geogrfico se recorren 81 kilmetros. Luego hasta Chimbote atravesando la ciudad, siguiendo el sendero Sur-Este-Nor-Oeste., con un recorrido de 57 kilmetros.

1.3. CLIMAAnualmente el perodo ms seco comprende desde Mayo y Noviembre en que es habitual la ausencia total de precipitaciones. El mes ms hmedo segn el registro es Febrero con 6.71 mm. De precipitacin media.En cuanto a la parte alta de la cuenca existe segn la estimacin de la ONERN en el Inventario y evaluacin nacional de aguas superficiales(1980) unos 197.2 Km2 de matorral desrtico con unas precipitaciones medias estimadas en 190 mm/aos y 375 mm/aos respectivamente.

Las precipitaciones en estas zonas y posibles en mayor grado, en la cuenca media deben tener una fuente de irregularidad que se manifiesta por la aparicin de avenidas cuyo intervalo puede estimarse superior a los 5 aos y que corresponde en general a situaciones meteorolgicas en que los ciclones sobrepasan la Cordillera Occidental produciendo intensas precipitaciones en perodos de tiempo relativamente cortos

Debido a su ubicacin en el trpico y la presencia de los Andes, la zona costera peruana, en la que se ubica Chimbote, presenta un clima desrtico, de precipitaciones casi nulas. La temperatura oscila entre 28 en verano y 13 en invierno. Los vientos son constantes todo el ao, predominantemente con direccin suroeste, a una velocidad de 30 a 40 km/h.

1.4. VEGETACIN

Al Este del caso urbano de Chimbote, en el valle del ro Lacramarca, existe una extensin importante de hectreas de terreno agrcola que son regados con las aguas provenientes del ro Santa a travs del canal denominado Carlos Leigh del P.E. CHINECAS y que gradualmente van siendo disminuidas por el crecimiento poblacional que es notorio en la zona.

La vegetacin en el rea de estudio corresponde a cultivos agrcolas de diversos productos de panllevar y de plantas que no toleran concentraciones de sales, como maz, camote, pltanos, etc. asimismo como se aprecia importantes campos de cultivos de rboles frutales.1.5. HIDROLOGALa cuenca del rio Lacramarca recibe una infiltracin por precipitaciones de la parte alta y por aportaciones de la cuenca del rio Santa a travs del Canal Carlos Leigh entre 60 y 80 Hm3/ao; asimismo recibe infiltracin no cuantificada de la cuenca del Santa mediante permeabilidad secundaria (fracturas) de sus rocas que la separan.

IIPLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO:

2.1 Objeto de la Investigacin:En el presente trabajo, se estudiar a travs de pruebas de campo en diferentes zonas del Distrito de Nuevo Chimbote, la capacidad de infiltracin del agua que presenta el suelo.Las actividades de riego para agricultura en el mbito del Proyecto Especial CHINECAS, ha ocasionado en los ltimos aos la elevacin de la napa fretica en la parte baja del valle, especialmente en los deltas del ro Santa y el ro Lacramarca. El ascenso del nivel fretico trae como consecuencia la salinizacin de los suelos, daos a las construcciones y otros problemas relacionados a nivel fretico alto.A consecuencia del riego no tecnificado y mala aplicacin del agua, esta se infiltra a travs del suelo hasta alcanzar la napa fretica, el cual se encuentra a un nivel prximo a la superficie en algunas zonas de la costa del Per. El objeto de la investigacin es determinar experimentalmente la capacidad de infiltracin que presentan los suelos de Nuevo Chimbote, para de este modo estimar la masa de agua que se estara infiltrando hacia el suelo producto del riego por gravedad que se aplica intensivamente en el Proyecto CHINECAS.

2.2 Formulacin del Problema:

El uso descontrolado del aguas en los valles y la falta de una buena Operacin y Mantenimiento de los sistemas de riego y drenaje, esta originando el incremento acelerado de reas agrcolas y zonas urbanas con problemas de salinidad y drenaje, como es el caso del P.J. Villa Mara. Aunque no hay estudios recientes sobre salinidad y drenaje de los valles, trabajos realizados hace ms de 10 aos indican que en los valles Santa-Lacramarca, Nepea, Casma-Sechn, existen no menos de 7,000, 3,400 y 5,000 has, respectivamente, con problemas de salinidad y drenaje, con niveles de afectacin de moderada a alto. Adems en el valle de Nepea existen suelos salino-sdicos estimados en ms de 600 has.

El mal uso del recurso hdrico, y la planificacin deficiente de los sistemas de los proyectos de riego, favorecido por periodos de sequa extrema en el ciclo hidrolgico, puede originar una gradual y permanente descenso de la napa fretica, sin embargo este proceso no estara ocurriendo en forma natural en el Distrito de Nuevo Chimbote, que esta localizado en la parte baja final del rea de influencia del Proyecto CHINECAS.

Con estas consideraciones podemos plantear el problema de la siguiente manera:La falta de conocimiento de la capacidad de infiltracin de los suelos de Nuevo Chimbote influye en la determinacin de la cantidad de agua que se infiltra en el subsuelo por mala practica del riego para agricultura en el mbito del Proyecto CHINECAS?2.3 Fundamentos del Problema de Investigacin:Custodio E. (1996) define la infiltracin como un proceso natural fsico que ocurre en la naturaleza a consecuencia de una determinada altura de lamina de agua sobre el suelo y que se infiltra a capas profundas por precolacin, pudiendo o no llegar hasta la napa fretica..De acuerdo a Castany (1978); la infiltracin es la rapidez en el tiempo como se infiltra una determinada altura de agua sobre el suelo, hacia estratos inferiores por precolacin. La rapidez de infiltracin esta en funcin del tipo de suelo y del contenido de humedad del mismo.

Para poder definir la infiltracin en el suelo, es necesario conocer los parmetros hidrofisicos de los suelos, tales como.

a.La descripcin de las propiedades fsicas del medio en cada punto del dominio; permeabilidad, transmisividad, coeficiente de almacenamiento, etc.b.Las leyes que rigen el movimiento del agua en un medio poroso como la ley de Darcy y de la conservacin de la masa.c.Las condiciones de aplicabilidad del agua sobre el suelo.d. La descripcin de las acciones exteriores del sistema.

2.4 Objetivos:Objetivos Generales:1.- determinar en forma experimental la infiltracin del agua en el subsuelo en diferentes zonas del Distrito de Nuevo Chimbote. Asimismo mitigar el impacto de este fenmeno en la salud y medio ambiente.Objetivos Especficos:1. Estimar la tasa de infiltracin del agua que se infiltra en el subsuelo en diferentes zonas del Distrito de Nuevo Chimbote2.Proponer un modelo matemtico que permita calcular el volumen de agua que se infiltra al subsuelo por unidad de tiempo.

2.5Hiptesis:Se hace la siguiente hiptesis al problema planteado:1.Existe una falta de conocimiento de la infiltracin del agua en el subsuelo del Distrito de Nuevo Chimbote a consecuencia de la deficiente aplicacin del agua para riego en el Proyecto CHINECAS?

2.6 Importancia y Justificacin del Estudio:El presente trabajo de investigacin es relevante por cuanto permitir conocer la infiltracin del agua al subsuelo en Nuevo Chimbote y cuantificar el volumen de agua que se infiltra hacia el acufero subterrneo.

Asimismo, el estudio se justifica debido a que se dispondr finalizada la investigacin, de un modelo matemtico que permita estimar el volumen de agua infiltrada al subsuelo producto del riego. En el mbito del Proyecto CHINECAS.

IIIMARCO TEORICO

3.1 Funcin de InfiltracinLa velocidad de infiltracin o intensidad de entrada, se puede definir como la velocidad de penetracin del agua en el perfil del suelo,cuando la superficie del terreno est cubierta por una capa de agua poco profunda.

La infiltracin tiene dimensin de velocidad (L T-1), como la lmina de agua (L) admitida por el suelo en una unidad de tiempo (T) o como la cantidad de agua absorbida por la unidad de superficie del terreno en la unidad de tiempo (L3 T-1 L-2 ), respectivamente. Si las mismas unidades se usan en ambos casos,las expresiones son dimensionalmente equivalentes (L T-1). En la primera forma la expresin comn de velocidad de entrada es cm h-l o cm min-1. En la segunda forma, generalmente se expresa como m3 min-1 m-2 . Es comn, por varios autores, sealar que la infiltracin obedece a un fenmeno de movimiento vertical del agua en el perfil de suelo; se ha eliminado aquella que es tanto o ms importante, cual es el movimiento horizontal que define el espaciamiento de los surcos desde la lnea de plantacin.

Cuando se administra agua a un rea de terreno, con el fin de restituir el contenido de agua en el suelo, puede ocurrir que la cantidad de agua absorbida aumente con el tiempo menos que proporcionalmente. Al representar grficamente la lmina acumulada del agua infiltrada Iacum contra el tiempo t, resulta un tipo de curva como la que se muestra en la Figura 3.1. Por otra parte, si la velocidad de infiltracin VI, se representa grficamente contra el tiempo t, la curva tendr la forma de la Figura 3.1. Ambas curvas muestran una disminucin en el tiempo, a medida que transcurre la infiltracin. A la disminucin de la velocidad de infiltracin despus de cierto perodo de infiltracin se denomina infiltracin bsica.

Figura 3.1 Grfico que muestra la infiltracin de un suelo.

Al analizar las relaciones de humedad en el suelo BODMAN y COLEMAN (1944) distinguieron durante el proceso de infiltracin,cuatro zonas en la masa de suelo debajo de la superficie del terreno:(i) una zona prxima a saturacin de una profundidad de 1.0 a 1.5 cm; (ii) una zona donde el contenido de agua decrece rpidamente con la profundidad; (iii) una zona llamada la zona de transmisin, donde el contenido de agua es casi constante y aproximadamente los tres cuartos de saturacin; (iv) una zona con una gran y violenta disminucin del contenido de agua, llamada zona de humedecimiento, la cual termina abruptamente en el frente de humedad.

3.2 Caracteristicas fsicas del sueloLa macro-porosidad del suelo es el primer factor que afecta la conductividad hidrulica en el estado de casi saturacin y por lo tanto tambin la velocidad de infiltracin. La porosidad depende de la textura y de la estructura. El agua pasa ms rpidamente a travs del perfil del suelos en un suelo grueso con mayor porosidad no capilar, que en un suelo pesado en el cual predominan los poros caplares.La influencia de la estructura y de la estabilidad estructural, es tambin importante. Los suelos estables al humedecimiento y desecacin y sujetos a una regular secuencia de cultivo y buen manejo tienen mayor oportunidad de mantener una superficie abierta permeable al agua.El contenido de arcilla, la composicin mneralgica de la arcilla y la composicin del complejo de intercambio, son otros factores que deben considerarse, esto es, suelos con alto contenido de arcilla montmorillonitica o illtica, se contraen y se hinchan alternadamente con el humedecimiento y desecacin.Los agentes cementantes del suelo, tales como materia orgnica y xidos inorgnicos, influyen en la formacin de agregados y por lo tanto mantienen una alta conductividad. La velocidad de entrada puede ser reducida por el debilitamiento de la estructura de una capa muy delgada de la superficie del suelo. Partcularmente cuando para el riego se usa agua clara, la separacin de agregados y el desleimiento, produce un sello superficial que reduce la penetracin de1 agua. El impacto de las gotas provenientes del riego por aspersin, pueden producir los mismos resultados. De otra manera, el depsito de sedimento erodado en alguna seccn aguas arriba y el asentamiento de sedimentos acarreados por el agua de otra parte en el terreno regado por superficie, puede ser la causa del sellado superficial.

3.3Caractersticas del perfilEn suelos estratificados no homogneos, como los que se encuentran en muchas regiones ridas, la velocidad de entrada del agua depende de las condiciones fsicas inherentes, siendo aproximadamente constante con la profundidad del suelo. Pero con frecuencia, especialmente en climas hmedos, el perfil del suelo muestra estratificacin, y la capacidad de infiltracin puede variar considerablemente para horizontes de suelos individualmente diferenciados.En caso de que un horizonte edfico cerca de la superficie presente la menor capacidad de infiltracin, el proceso total esta entonces gobernado por la infiltracin a travs de esta capa. Sin embargo si el estrato limitante yace ms profundamente en el perfil del suelo, la velocidad de entrada puede ser inicialmente alta dependiendo de la capacidad de infiltracin de los estratos superiores. Cuando el frente de humedad alcanza un estrato menos permeable, la infiltracin adicional de agua ser gobernada por infiltracin de las capas menos permeables.

Sobre una capa limitante puede desarrollarse una capa de agua colgante, debido a que el agua no puede escapar lateralmente en el movimiento unidimensional descendente. Esto podra ocurrir no solo sobre los estratos con un muy bajo valor absoluto de permeabilidad, sino tambin como una consecuencia de la permeabilidad relativa, cuando sta es mucho ms alta en el estrato superior que en el inferior.Las caractersticas del perfil del suelo juegan un papel importante en la determinacin del ancho y del espaciamiento de los surcos. Segn lo que HENDERSON y HAISE (1967) sealan, si se ubican en un estrato poco permeable a determinada profundidad en el perfil, la velocidad inicial de infiltracin depender del rea mojada, pero una vez que comienza a desarrollarse la napa fretica sobre el estrato limitante, el espaciamiento entre surcos deja de tener importancia.

3.4Caractersticas de humedad del sueloLas caractersticas de humedad del suelo o relacin de retencin de agua, es un factor importante en la infiltracin. Este factor ha sido analizado tericamente y probado bajo condiciones de laboratorio y de campo. La relacin de retencin de agua es ahora considerada como una caracterstica fsica para cada tipo de suelo. Por lo tanto, el contenido de agua necesita ser includo como uno de los parmetros en una prueba de infiltracin.Una buena aproximacin, es indudablemente realizar la prueba de infiltracin cuando el suelo se encuentre aproximadamente en el contenido de humedad al cual se aplicar normalmente el riego; como por ejemplo uno que represente el 50% del total de humedad disponible. Esta regla es vlida en especial para suelos pesados que se contraen y se agrietan al secarse, debido a la relacin que existe en los suelos arcillosos que se expanden al humedecerse y contraen al secarse. 3.5Mtodo de riego y manejo del aguaEl mtodo de riego afecta el acceso de agua en el suelo, el espesor que representa el flujo o el agua estancada sobre la superficie del terreno y la uniformidad de aplicacin. En riego por aspersin, el agua penetra en el suelo inmediatamente al llegar a la superficie del terreno. En riego por superficie, el agua escurre sobre el terreno en espesores diversos a travs de canales de diferente tamao y forma, lo que produce diferentes gradientes hidrulicos y adems diferente rea efectiva para la infiltracin.Una diferencia importante entre los patrones del flujo de agua entre bordes (platabandas) y surcos, es la que existe en relacin al rea mojada. En riego por bordes (platabandas) prcticamente se cubre toda el rea con una delgada lmina de agua, mientras que el riego por surcos se cubre parcialmente. Debido a que el rea mojada es menor en riego por surcos, la cantidad total involucrada en infiltracin es tambin ms pequea que en riego por bordes (platabandas).Las condiciones hidrulicas del surco, las cuales dependen del caudal, tamao, pendiente, forma y rugosidad de la superficie, tienen un efecto sobre el permetro mojado y sobre el area de entrada de agua. Por lo cual, la velocidad de infiltracin depender de las condiciones hidrulicas del surco (Zuiga C. 1998). Una posible unin de los surcos adyacentes, debido al movimiento lateral del frente hmedo, puede en consecuencia afectar tambin la velocidad de infiltracin.

3.6Causas del sobre humedecimiento de los suelos:Existen diversas causas del posible sobre humedecimiento de los suelos, entre las que se destacan las siguientes:Exceso de precipitaciones.Baja velocidad de infiltracin de los suelosTopografa llana y cotas bajasElevacin de las aguas subterrneasDesbordamiento de rosEscurrimiento proveniente de otras reasManejo incorrecto del riegoEn general en cada caso que se presente la causa no es aislada, sino un problema complejo con la influenza conjunta y la interaccin de varios de estos factores sealados.

3.7 Efectos del sobre humedecimiento:El principal efecto que provoca el sobre humedecimiento es el desplazamiento del aire de los poros del suelo, por lo que si este estado se mantiene, en poco tiempo se consume el oxigeno libre y se aumenta el anhdrido carbnico, afectando el proceso de respiracin por las races de las principales especies vegetales; por otra parte, la actividad microbiana se altera y el proceso de absorcin de agua y nutrientes se dificulta. La sensibilidad de los cultivos al dficit de oxigeno es caracterstica de cada especie e incluso diferente para distintas variedades; as por ejemplo, toleran ms este dficit el arroz, la caa de azcar y algunas poceas; presentan una tolerancia media los ctricos, la cebolla y el ajo, y poca tolerancia el tabaco, el maz y el tomate, entre otros. Cuando el exceso de humedad es por agua inmvil el efecto es ms marcado, ya que si ocurre renovacin, las plantas pueden tomar parte del oxgeno disuelto. Un mecanismo fisiolgico muy especfico presenta el cultivo del arroz que le permite tomar oxigeno a travs de las partes areas, lo que se aprovecha para utilizar en este cultivo el aniego como agrotecnia para el control de las plantas indeseables y de algunas plagas.La afectacin a los cultivos por inundacin depende de la especie vegetal, duracin del efecto, estado de desarrollo del cultivo y otras particularidades, pero como ndice general indicativo para los proyectos de drenaje, fundamentalmente se tiene en cuenta la especie vegetal, y se utiliza el concepto de tiempo permisible de inundacin como el periodo que puede soportar un cultivo el sobre humedecimiento sin una afectacin importante en su desarrollo. Este tiempo es variable desde unas pocas horas para los cultivos menos resistentes, hasta 4 o 5 das para los ms tolerantes, y define el tiempo disponible para evacuar el agua en exceso desde un rea afectada; por tanto, este elemento es de sumo inters para el dimensionamiento de la red de evacuacin.La estructura del suelo es otra de las propiedades del mismo que puede ser afectada por el exceso de humedad, y a su vez las alteraciones de la estructura pueden provocar que disminuya la permeabilidad agudizando los problemas de drenaje. Los cambios en la estructura ocurren por acumulacin de sales propias de terrenos mal drenados, el laboreo en condiciones de alta humedad y el pobre efecto de las races de las plantas al detener su desarrollo en estas condiciones.Como se podr notar en este complejo proceso de influencias recprocas del sobre humedecimiento en las propiedades de los suelos se crean condiciones para que en las reas con mal drenaje el problema se agudice cada vez ms, si no se toman medidas por el hombre, ya que el agua acta como dispersante de los coloides del suelo.

3.8 Clasificacin de las aguas a drenar segn su procedencia :Es de importancia vital para determinar las medidas que se tomarn en un rea afectada o con peligro de sobre humedecimiento, conocer la procedencia del agua que provocar la afectacin de dependencia de esto las medidas a tomar pueden ser de proteccin o de evacuacin. As se tiene que, segn la procedencia, las aguas a drenar pueden ser exteriores o interiores.

a) Aguas exteriores,La causa que las origina determina que la concentracin de grandes volmenes que pueden alterar el rgimen hdrico en la zona de cultivo ocurra fuera del rea considerada, invadiendo la misma de acuerdo con la topografa del lugar. Las aguas exteriores pueden ser superficiales o subterrneas, y puede ocurrir el efecto simultneo de ambas. Es estos casos las medidas a tomar son de proteccin, tratando de evitar el sobre humedecimiento.

b) Aguas interiores,La concentracin de volmenes excesivos que alteran el rgimen hdrico de los suelos se origina en la propia rea de inters, provocando la afectacin ya descrita tanto en los cultivos como en el suelo. La acumulacin puede ser superficial por difcil evacuacin saturando la capa activa, o puede ser subsuperficial por elevacin del manto fretico. En los casos en que la afectacin se origina por aguas interiores las medidas a tomar son de evacuacin, por cuanto ya la afectacin est presente o es inevitable.Es comn que un rea de cultivo se origine el efecto simultneo de aguas exteriores e interiores y las medidas sern combinadas. Esta clasificacin es convencional, ya que las aguas que para una zona son interiores para otra pueden ser exteriores y viceversa.

3.9 Evacuacin de las aguas interiores:La evacuacin de aguas interiores que provocan sobre humedecimiento es el inters fundamental directo del agrnomo, ya que las obras de proteccin son propias del macrodrenaje en proyectos complejos que incluyen la proteccin de zonas pobladas, industrias, etc. Por esta razn, el estudio de aguas interiores se tratar con ms detalles.

a) Drenaje Superficial:El drenaje superficial consiste en la eliminacin del exceso del agua en una zona debido al escurrimiento superficial, que es aquella parte de las precipitaciones que no es absorbida por el suelo o captada por los vegetales, y debe ser evacuada para evitar sus efectos perjudiciales.

b) Drenaje Subsuperficial :El drenaje superficial posibilita la evacuacin del exceso de agua en las reas con inversiones relativamente bajas y sistema de poca complejidad, pero a su vez presenta limitaciones cuando la pendiente es corta, los canales abiertos en la superficie entorpecen las labores mecanizadas, se enyerban y tienen pocas posibilidades de evacuar las aguas subterrneas cercanas a la superficie. Drenaje subsuperficial o drenaje por conductos soterrados o zanjas profundas resuelven la mayora de estas limitaciones, o aunque los costos de inversin son mayores.

c) Comparacin de los dos tipos de drenes:

DRENES ABIERTOSDRENES ENTERRADOS

Disminuye el rea de cultivos Es ms econmico Mayor rea de recoleccin Se emplea en suelos de poco valor econmico

No origina prdida de cultivo Mayor inversin Menor rea de recoleccin Se emplea en suelos de valor econmico considerable.

IV. MATERIALES Y PROCEDIMIENTOS

4.1 Cilindro infiltrometroEl mtodo ms ampliamente usado para determinar la infiltracin de un suelo es el del cilindro infiltrmetro, el cual es adecuado para mtodos de riego que permiten mojar directamente una gran superficie de suelo (bordes, regueros en contorno, aspersin).El flujo radial es minimizado por medio de un rea tampn alrededor del cilindro central. El movimiento del agua es en direccin vertical hasta que pasa a la parte inferior de la orilla del cilindro, desde donde puede producirse un flujo bidimensional, gobernado por el potencial matricial del suelo.

La limitacin ms seria para el uso de cilindros infiltrmetros es que su emplazamiento en el suelo provoca un cierto grado de alteracin de sus condiciones naturales (destruccin de la estructura o compactacin produciendo cierta variacin en la cantidad de agua que penetra en el suelo. Adems, la interfase entre el suelo y el lado del cilindro metlico puede causar una entrada anormal de agua, resultando un mayor volumen de agua que se infiltra en un tiempo dado.

Otra de las limitaciones que presenta el uso de cilindros es el problema del aire atrapado al interior de la columna de suelo. La incapacidad del aire para escapar desde el suelo bajo condiciones de flujo saturado, generalmente crea un cojn interno de aire que resulta en un impedimento para el movimiento vertical del agua, resultando velocidades de infiltracin menores.

4.2 Materiales En general los materiales usados en la determinacin de la infiltracin con este mtodo son(figura 4.1): 2 anillos de metal de 30 y 60 cm de dimetro y 30 cm de altura.

Combo de 5 lb. Regla de metal de al menos 30 cm

Cinta adhesiva

2 bidones o baldes de agua de 20 lt cada uno

Palana

Cronmetro

Figura 4.1Algunos materiales a utilizar.4.3 Procedimiento El mtodo que se utilizar en esta prueba ser el de doble anillo a nivel variable. Aun cuando es uno de los experimentos ms simples que se pueden realizar para medir tasa de infiltracin, su precisin no deja de ser buena. Esta prueba es utilizada ampliamente y desde hace mucho tiempo en la ingeniera, sobre todo para: (i) Calcular sistemas de riego, (ii) determinar aportes al agua subterrnea, (iii) regular infiltraciones en canales, lagunas artificiales y reservorios, (iv) medir la percolacin en rellenos sanitarios, (v) probar la efectividad de capas impermeables en obras de retencin de lquidos, entre otras aplicaciones. Bsicamente, para el desarrollo de esta experiencia hay que enterrar los cilindros metlicos unos pocos centmetros en el suelo. Luego, hay que rellenarlo de agua hasta una altura no mayor a 15 cm. Finalmente con la regla y el cronmetro, se medir la variacin de la altura del agua en el tiempo. Al principio, esta variacin ser mayor y luego tender a estabilizarse. El tiempo de estabilizacin depender del tipo de suelo en el cual se est haciendo la prueba. Esta ltima tasa en rgimen permanente ser, aproximadamente, la conductividad hidrulica del suelo hmedo KW. Los lugares donde se realizar la experiencia ser en una pequea rea, uno en la zona de Tangay Bajo en el Proyecto Especial CHINECAS y el otro en el sector Pampa de Atahualpa, al sur de Nuevo Chimbote, ya que consta de un suelo lo suficientemente profundo como para que no interfiera en el flujo.PASO 1Se buscar un lugar plano y caracterstico del rea en estudio para instalar el infiltrmetro. Antes de instalarlo se proceder a limpiar el pasto o suelo, sacando hojas, basuras e impurezas que puedan intervenir el flujo normal del agua.PASO 2Se enterrar el infiltrmetro aproximadamente 10 cm de la forma ms vertical posible. Para esto se debe posicionar el anillo en el lugar seleccionado, martillndolo firmemente en los bordes con el combo. Para que no se suelten los bordes opuestos a los que estn siendo golpeados, se recomienda apoyar un pie en stos (Figura 4.2).Lo anterior se debe hacer paulatinamente en todos los bordes, as el cilindro entrar de manera uniforme. Para medir cuanto se ha enterrado se debe usar la regla. Como el anillo mide 30cms de altura, si la superficie que queda afuera mide aproximadamente 20 cm en todos lados, el anillo ha entrado lo suficiente.

Figura 4.2: Modo de instalacin.

PASO 3Poner la regla verticalmente en el interior del anillo para as poder medir el nivel del agua. Enterrarla unos cuantos cm para que quede firme (es til tener esta medida para saber a que altura queda el agua con respecto al suelo). Un lugar recomendable para ubicar la regla es en la lnea de la soldadura, ya que sta es aproximadamente vertical. Con la cinta adhesiva se puede fijar la parte de arriba de la regla, para que no mueva.PASO 4Vaciar los bidones o baldes suavemente al interior del anillo, hasta que el nivel del agua quede entre 8 y 15 cm. Poner un plstico en el suelo al interior del infiltrmetro, utilizndolo para que el chorro no golpee directamente el suelo, ya que se pueden alterar las propiedades de ste (ver Figura 4.3).

Figura 4.3: Rellenando el infiltrmetro con agua.PASO 5De inmediato empezar a registrar el tiempo y el nivel del agua. Al principio, se deben hacer mediciones todos los minutos, y luego, dependiendo de la tasa de descenso, el intervalo de tiempo se puede alargar. Para que las mediciones sean ms precisas lo mejor es que entre niveles sucesivos haya al menos 2 mm de diferencia.Se realizarn mediciones a lo menos por 30 minutos. Luego se parar de medir, cuando las ltimas tres tasas sucesivas sean iguales o parecidas. Un promedio de stas, ser la tasa de infiltracin Vi, til para calcular la conductividad hidrulica Kw. Las tasas de infiltracin se calcularn con la siguiente frmula:

R= (N1-N2)/tDonde N1 y N2 son dos niveles sucesivos separados por un tiempo t.

VANAILISIS Y DISCUSION DE LOS RESULTADOS

En la tablas 1 y 2 se presenta la hoja de registros de infiltracin con datos originales obtenidos en terreno de las pruebas realizadas, y su consiguiente representacin en los grficos:.

tabla 1. Hoja de registro para la medicion de infiltracion acumulada (iac) y velocidad de infiltracion (vi), utilizando cilindro infiltrometro.

El intervalo de tiempo (T), se refiere al tiempo transcurrido entre una lectura y otra. La altura de agua infiltrada (Ainf) se obtiene de la diferencia de altura entre una lectura y otra. La infiltracin acumulada (Iac) es la suma de las alturas de agua (Ainf) que se han infiltrado desde el comienzo de la medicin y la velocidad de infiltracin (VI) se obtiene al calcular en dimensiones de velocidad la altura de agua infiltrada (Ainf) en un cierto intervalo de tiempo (T). Por ejemplo, entre las lecturas 2 y 3 ha transcurrido un minuto y la altura de agua en el cilindro ha disminuido 0.6 cm, lo que da una VI = 0.6 cm/min. Es importante establecer que la Vi se debe representar en las mismas unidades, es decir si el tiempo est en minutos la Vi debe estar en cm/minuto

Los datos de los grficos, nos indican que la velocidad de infiltracin es alta en los inicios de la aplicacin de riles para, posteriormente, disminuir y hacerse constante hacia los 120 minutos. Por otra parte, la altura de agua que se ha infiltrado desde el comienzo de la aplicacin (Infiltracin acumulada), siempre aumentar variando solamente la pendiente.De este modo, sabemos que si el agua est, por ejemplo, 25 minutos mojando el suelo, se habrn infiltrado 5,6 cm, que equivalen a 56 lt/m2 a 560 m3/ha.

GRAFICO 1Del grfico 1, se obtiene la velocidad de Infiltracin

I=a*tb I=1.489*t-0.33

GRAFICO 2

Del grfico 2, se obtiene la Infiltracin acumuladaI=a*tb I=1.489*t 0,662

Anlisis de los grficos 1 y 2:

En estas dos grfica se observa de manera similar que en los primeros 11 minutos, despus de iniciado el proceso de infiltracin, el agua penetra de manera ms rpida en relacin con los dems puntos, en donde a medida que transcurre el tiempo la infiltracin se va haciendo cada vez menos profunda al avanzar a travs del perfil.

Adems puede anotarse que el coeficiente de correlacin de ambas grficas (R28.64 Lt/h = 0,945 y R28.64 Lt/h = 0,985) indica que los datos tomados se adaptan muy bien al modelo Potencial de Infiltracin, esto podra interpretarse de la siguiente manera: La velocidad de infiltracin se relaciona estrechamente con la variable tiempo. Mientras el suelo tenga suficiente capacidad para absorber agua, la infiltracin inicial es grande, pero a medida que el suelo se satura a travs del tiempo esta infiltracin se reduce.

tabla 2. Hoja de registro para la medicion de infiltracion acumulada (iac) y velocidad de infiltracion (vi), utilizando cilindro infiltrometro.

Las grficas se obtienen por el Modelo de Regresin Potencial:

GRAFICO 3

Del grfico 3, se obtiene la velocidad de Infiltracin I=a*tb I=1.928*t-0.50

GRAFICO 4Del grfico 4, se obtiene la Infiltracin acumuladaI=a*tb I=1.957*t 0.491

Anlisis de los grficos 3 y 4:

En estas dos grfica se observa de manera similar que en los primeros 8 minutos, despus de iniciado el proceso de infiltracin, el agua penetra de manera ms rpida en relacin con los dems puntos, en donde a medida que transcurre el tiempo la infiltracin se va haciendo cada vez menos profunda al avanzar a travs del perfil.

Adems puede anotarse que el coeficiente de correlacin de ambas grficas (R28.64 Lt/h = 0,989 y R28.64 Lt/h = 0,990) indica que los datos tomados se adaptan muy bien al modelo Potencial de Infiltracin, esto podra interpretarse de la siguiente manera: La velocidad de infiltracin se relaciona estrechamente con la variable tiempo. Mientras el suelo tenga suficiente capacidad para absorber agua, la infiltracin inicial es grande, pero a medida que el suelo se satura a travs del tiempo esta infiltracin se reduce.

VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La infiltracin del agua en el suelo tuvo un comportamiento esperado segn el tipo de suelo caracterstico de la zona para la primera prueba, realizado en Tangay Bajo del Proyecto CHINECAS, alcanzando una tasa de infiltracin de 0.40 cm/min o 24cm/hr.La mxima profundidad de humedecimiento del suelo para la primera prueba es de 70 cm para un tiempo de 59 minutos, observndose que el tipo de suelo es arenoso suelto con presencia de materia orgnica superficial.El modelo matemtico obtenido de la primera prueba de infiltracin que permita calcular el volumen de agua que se infiltra al subsuelo por unidad de tiempo es de la forma: I=1.489*t-0.33.Para la segunda prueba, la infiltracin del agua en el suelo tuvo un comportamiento esperado segn el tipo de suelo caracterstico de la zona, realizado en la quebrada San Antonio, sector Pampa de Atahualpa, alcanzando una tasa de infiltracin de 0.19 cm/min o 11.40 cm/hr.La mxima profundidad de humedecimiento del suelo para la primera prueba es de 47 cm para un tiempo de 75 minutos, observndose que el tipo de suelo es arenoso fino medianamente compacto.El modelo matemtico obtenido de la segunda prueba de infiltracin que permita calcular el volumen de agua que se infiltra al subsuelo por unidad de tiempo es de la forma: I=1.928*t-0.50.Se recomienda que la investigacin se haga extensivo a otras zonas del distrito de Nuevo Chimbote zonificando la realizacin de las pruebas segn el tipo de suelo que se presenta.Se recomienda la realizacin de los estudios de ingeniera de riego y drenaje en el mbito del Proyecto CHINECAS a fin de estimar la implicancia de la prctica del riego por gravedad en la elevacin de la napa fretica en el distrito de Nuevo Chimbote.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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