Infiltrómetro de disco y procedimiento de medida de la tasa de infiltración en un suelo empleando dicho infiltrómetro.

Comprende una base (1) apoyada sobre el suelo; un depósito (6) de agua, un tubo de mariotte (4) que atraviesa la base (1), permitiendo el flujo de agua hacia el suelo; una torre de burbujeo (3) conectada al tubo de mariotte (4) y que aporta el aire que permite el flujo de agua hacia el suelo; y una válvula (10) que permite el paso de agua del depósito (6) al tubo de mariotte (4). Un primer tubo de conexión (9) transporta aire desde el tubo de mariotte (4) hasta el depósito. Un sensor de presión (11) mide la altura de agua del tubo de mariotte (4) (válvula (10) abierta) con flujo de agua hacia el suelo HT y sin flujo HTO. El procedimiento comprende a) determinar HTO, y HT, y b) calcular el valor de dicha tasa de infiltración Q a partir de HTO, y HT.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se puede incluir dentro del campo técnico de la caracterización de suelos a partir de la medida de sus características hidráulicas, como son la sorptividad y la conductividad hidráulica.

En concreto, el objeto de la invención se refiere a un infiltrómetro de disco de gran autonomía capaz de medir directamente los valores de tasa de infiltración, pudiéndose adaptar para realizar varias medidas simultáneas en puntos diferentes y alternativamente para realizar medidas de larga duración en un punto y cuya medida es independiente de la posición relativa entre el depósito y el tubo de mariotte del infiltrómetro. Un segundo objeto de la invención trata de un procedimiento de medida de la tasa de infiltración en un suelo empleando el infiltrómetro anteriormente mencionado.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El infiltrómetro de disco es una técnica que, debido a su gran manejabilidad y rapidez en las medidas in situ de infiltración, está ampliamente utilizada para medir, en condiciones próximas a saturación, la conductividad hidráulica (K) , la sorptividad (S) o el número y tamaño de macro y mesoporos conductores de agua en el suelo.

Este instrumento, generalmente fabricado en metacrilato, consta de una base o disco sobre la que se encuentran insertados un depósito de agua y una torre de burbujeo. Los depósitos de agua utilizados en los infiltrómetros suelen ser tubos cilíndricos de diámetro reducido (p. ej. 5 cm. de diámetro interno, (di) que permiten efectuar medidas bastante precisas de caídas de nivel de agua. La medida de infiltración acumulada de agua en el suelo, a partir de la cual se calculan las propiedades hidráulicas, se realiza generalmente de forma manual anotando, a intervalos constantes de tiempo, el descenso de nivel de agua en el depósito del infiltrómetro. Este sencillo método de medida, que exige una atención continua sobre el infiltrómetro, puede ser fácilmente automatizado utilizando un transductor de presión insertado en la base del depósito del infiltrómetro y conectado a un datalogger o utilizando la técnica de TDR mediante la inserción de una sonda de tres electrodos en el depósito del infiltrómetro.

Este tipo de diseño obliga, sin embargo, a que en mediciones de larga duración (p. ej. infiltraciones a varias tensiones en un mismo punto) se deban interrumpir las medidas para efectuar el rellenado del depósito, tarea que, aparte de tediosa, puede causar errores en las medidas de infiltración debido al propio manejo del infiltrómetro. Por otro lado, estos diseños solo permiten utilizar un único depósito de agua por disco.

El diseño clásico de infiltrómetro, cuyo depósito de agua reposa sobre el disco ha evolucionado hacia nuevos prototipos en los que el depósito se ha independizado de la base. Estos nuevos diseños permiten reducir el peso sobre la superficie de muestreo y eliminar de este modo posibles errores relacionados con el colapso de la estructura suelo en condiciones próximas a saturación, especialmente en suelo recién labrado.

Los inconvenientes de este tipo de infiltrómetros de disco conocidos hasta la fecha se describen a continuación:

- No permiten monitorizaciones simultáneas de varios puntos de infiltración utilizando un solo depósito de agua.

- Obligan a interrumpir el procedimiento de medida para rellenar el depósito de agua cuando se realizan medidas de infiltración de larga duración.

- Realizan medidas directas de infiltración acumulada y no de tasas de infiltración.

- No permiten estimar la tasa de infiltración instantánea de agua en el suelo.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Constituye un objeto de la presente invención proporcionar un infiltrómetro de disco que resuelve los inconvenientes anteriormente mencionados.

Constituye un segundo objeto de la presente invención un procedimiento de medida de la tasa de infiltración en suelos empleando el infiltrómetro anteriormente mencionado.

El infiltrómetro de disco de la invención comprende una base, un depósito de agua, un tubo de mariotte y una torre de burbujeo. Los elementos mencionados no necesitan estar unidos en un mismo bloque compacto sino que pueden estar convenientemente separados y conectados entre sí de manera adecuada.

La base dispone de una cara de apoyo sustancialmente plana adaptada para apoyarse en un suelo cuyas características hidráulicas se desean determinar. La torre de burbujeo está conectada a la parte inferior del tubo de mariotte, en la base del disco, por medio de un primer tubo de burbujeo, mientras que dicha torre de burbujeo está abierta a la atmósfera a través de un segundo tubo de burbujeo cuya posición es regulable. La torre de burbujeo proporciona, mediante la correspondiente regulación de la posición del segundo tubo de burbujeo, la succión necesaria para permitir que el agua del tubo de mariotte se filtre hacia el suelo a tensión negativa. La base incorpora insertado el tubo de mariotte cuya cara inferior está abierta a la atmósfera a través de la cara de apoyo de la base. Esta disposición permite que, una vez el tubo de mariotte se encuentra parcialmente lleno de agua (según se explicará más adelante) , dicha agua se filtra en el interior de una zona sustancialmente plana de suelo sobre la que se encuentra apoyada la cara de apoyo de la base.

El tubo de mariotte está adaptado para permitir la lectura de la altura de columna de agua que presenta o, equivalentemente, la presión asociada a dicha altura, bien por medio de una escala graduada, o bien, alternativa o adicionalmente, por medio de un sensor de presión incorporado en el tubo de mariotte que determina la presión de agua en el interior del tubo de mariotte y que está adaptado para calcular la altura de columna de agua equivalente a dicha presión.

El depósito de agua contiene el agua que se emplea para la caracterización hidráulica del suelo. Dicho depósito de agua se encuentra doblemente conectado con el tubo de mariotte:

- un primer tubo de conexión, dispuesto a una primera altura, comunica la parte inferior del depósito de agua con el tubo de mariotte. Por el interior del primer tubo de conexión circula agua desde el depósito de agua hasta el tubo de mariotte.

- la parte superior del tubo de mariotte está cerrada a la atmósfera por medio de unos medios de cierre, a través de los cuales se encuentra insertado un segundo tubo de conexión, cuyo primer extremo se encuentra dentro del tubo de mariotte. El segundo extremo libre del segundo tubo de conexión se encuentra conectado al depósito a una segunda altura, superior a la primera altura. Por el interior del segundo tubo de conexión circula aire desde el tubo de mariotte hacia el depósito de agua.

De manera preferente, el primer tubo y el segundo tubo son de silicona.

Una válvula permite regular la circulación de agua entre el depósito de agua y el tubo de mariotte.

El procedimiento de determinación de la tasa de infiltración de la invención empleando el infiltrómetro descrito comienza con la determinación de la altura HT0 de columna de agua dentro del tubo de mariotte en ausencia de filtración de agua hacia el suelo. Para ello, con la válvula cerrada para evitar la circulación de agua entre el depósito de agua y el tubo de mariotte, se dispone la base sobre el suelo, interponiendo entre la base y el suelo unos medios impermeables que evitan la filtración de agua desde el tubo de mariotte hacia el suelo. A continuación, se abre la válvula, con lo que el tubo de mariotte se llena parcialmente de agua hasta que se produce un equilibrio de presiones entre el tubo de mariotte y el depósito de agua. Cuando se produce dicho equilibrio de presiones, la altura HT0 equivalente de columna de agua dentro del tubo de mariotte es determinada por el sensor de presión o por registro visual en la escala graduada.

A continuación, se procede a retirar los medios impermeables, y se coloca la base del infiltrometro nuevamente sobre el suelo con lo cual se permite la filtración del agua desde el tubo de mariotte hacia el suelo. Como consecuencia de la pérdida de carga debido al flujo de agua desde el tubo de mariotte hacia el suelo, se produce un descenso del nivel de agua dentro del tubo de mariotte. El sensor de presión (o, alternativamente, un registro visual en la escala graduada) determinan continuadamente dicha presión o altura de agua y permiten, en su caso, calcular el valor de la altura HT de columna de agua equivalente, para cada instante de medida....

R E I V I N D I C A C I O N E S

1. Infiltrómetro de disco caracterizado porque comprende:

- una base (1) , que incorpora una cara de apoyo (2) sustancialmente plana adaptada para apoyarse en un suelo cuyas características hidráulicas se desean determinar;

- un depósito (6) de agua que contiene el agua empleada para la caracterización hidráulica del suelo;

- un tubo de mariotte (4) , insertado en la base (1) , con la base inferior del tubo de mariotte (4) abierta a través de la cara de apoyo (2) de la base (1) , permitiéndose el filtrado de agua del depósito (6) de agua hacia el suelo a través de dicha base inferior,

- una válvula (10) adaptada para permitir e interrumpir el paso de agua desde el depósito (6) de agua hacia el tubo de mariotte (4) , y

- una torre de burbujeo (3) , conectada a la parte inferior del tubo de mariotte (4) , adaptada para aportar la succión de aire necesaria para permitir el filtrado hacia el suelo del agua del tubo de mariotte (4) , donde el depósito (6) de agua se encuentra doblemente conectado con el tubo de mariotte (4) por medio de:

- un primer tubo de conexión (9) , dispuesto a una primera altura, que comunica la parte inferior del depósito (6) de agua con el tubo de mariotte (4) , donde por el interior del primer tubo de conexión (9) circula agua desde el depósito (6) de agua hasta el tubo de mariotte (4) , y

- un segundo tubo de conexión (7) , insertado en unos medios de cierre (8) ubicados en la parte superior del tubo de mariotte (4) , estando dicha parte superior cerrada a la atmósfera por dichos medios de cierre (8) , encontrándose el primer extremo del segundo tubo de conexión (7) dentro del tubo de mariotte (4) , así como el segundo extremo libre del segundo tubo de conexión (7) se encuentra conectado al depósito (6) de agua a una segunda altura, superior a la primera altura, y por el interior del segundo tubo

de conexión (7) circula aire desde el tubo de mariotte (4) hacia el depósito (6) de agua, donde el tubo de mariotte (4) está adaptado para permitir la lectura de la altura de columna en dicho tubo de mariotte (4) o, equivalentemente, la presión asociada a dicha altura.

2. Infiltrómetro de disco de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el tubo de mariotte (4) incorpora una escala graduada adaptada para permitir la lectura de la altura de columna de agua en el tubo de mariotte (4) .

3. Infiltrómetro de disco de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el tubo de mariotte (4) incorpora un sensor de presión (11) que determina la presión de agua en el interior del tubo de mariotte (4) y que está adaptado para calcular la altura de columna de agua equivalente a dicha presión.

4. Infiltrómetro de disco de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque incorpora unos medios de registro y cálculo, adaptados para registrar el valor de la altura de agua en el tubo de mariotte (4) HT a intervalos de tiempo definidos a partir de las mediciones del sensor de presión (11) y para calcular la diferencia entre HT y el valor de dicha altura en condiciones de no filtración de agua HTO.

5. Infiltrómetro de disco de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque incorpora unos medios de almacenamiento y de procesamiento adaptados para almacenar y procesar una serie de valores instantáneos de HT tomados por el sensor de presión (11) y efectuar cálculos de la tasa de infiltración Q.

6. Procedimiento de medida de la tasa de infiltración en un suelo empleando el infiltrómetro de disco descrito en las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque comprende las etapas de:

- determinación de la altura de columna de agua HTO en el tubo de

mariotte con la válvula (10) abierta, en condiciones de no flujo de agua hacia el suelo;

- determinación de la altura de columna de agua HT en el tubo de mariotte con la válvula (10) abierta en condiciones de flujo de agua hacia el suelo:

- determinación de la tasa de infiltración Q a partir de HTO, y HT.

7. Procedimiento de medida de la tasa de infiltración en un suelo de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque la determinación de HTO comprende las etapas de:

- disponer unos medios impermeables entre el suelo y la base (1) , que evitan el flujo de agua entre el tubo de mariotte (4) y el suelo;

- abrir la válvula (10) , permitiendo el paso de agua entre el depósito

(6) de agua y el tubo de mariotte (4) , y

- registrar la lectura HTO de la columna de agua del tubo de mariotte 20 (4) ;