Infiltración: los modelos de Horton y Green-Ampt y el ensayo de doble anillo

Toda la hidrología de crecidas se reduce, en el fondo, a una resta: la lluvia que cae menos la lluvia que se infiltra. Esa segunda parte es la infiltración, y modelarla mal significa equivocarse en el caudal de diseño, en el dimensionamiento del drenaje y en cualquier obra de infiltración artificial.

Capacidad de infiltración: el concepto clave

La capacidad de infiltración $f(t)$ es la tasa máxima a la que un suelo puede absorber agua en un instante dado, expresada en mm/h. Decrece con el tiempo: al comienzo el suelo está seco, los poros vacíos y la succión capilar es alta; a medida que el perfil se satura, la infiltración tiende asintóticamente a un valor constante que corresponde aproximadamente a la conductividad hidráulica saturada $K_s$.

De ahí sale la regla operativa: mientras la intensidad de lluvia sea menor que $f(t)$, no hay escorrentía y todo infiltra. La escorrentía superficial empieza cuando la intensidad supera la capacidad de infiltración, no cuando "el suelo se llena".

Modelo de Horton

Es el modelo empírico más usado por su simplicidad. Describe el decaimiento exponencial de la capacidad de infiltración:

donde $f_0$ es la capacidad inicial (suelo seco), $f_c$ la capacidad final o de equilibrio, y $k$ una constante de decaimiento propia del suelo. El volumen infiltrado acumulado se obtiene integrando:

Su ventaja es que los tres parámetros se ajustan directamente a los datos de un ensayo. Su limitación es que son parámetros empíricos, sin significado físico transferible a otro suelo u otra condición de humedad inicial.

Modelo de Green-Ampt

Green-Ampt es un modelo de base física: supone un frente de humedecimiento nítido que avanza en profundidad, separando suelo saturado arriba de suelo con humedad inicial abajo. La expresión resultante es:

donde $K_s$ es la conductividad hidráulica saturada, $\psi$ la succión en el frente de humedecimiento, $\Delta \theta$ el déficit de humedad inicial (porosidad efectiva menos humedad inicial) y $F$ la lámina infiltrada acumulada. Su gran ventaja es que $\Delta \theta$ representa explícitamente la humedad antecedente: el mismo suelo infiltra mucho menos si ya llovió la semana anterior, y el modelo lo captura sin recalibrar.

El ensayo de doble anillo

El infiltrómetro de doble anillo es el método de terreno estándar. Consiste en dos anillos concéntricos hincados en el suelo: se mantiene lámina de agua en ambos y se mide el descenso solo en el anillo interior. El anillo exterior no se mide; su única función es forzar el flujo vertical en el interior, evitando la dispersión lateral que sobreestimaría la infiltración.

• Se registra el descenso de la lámina interior a intervalos crecientes (1, 2, 5, 10, 20, 30 minutos…) hasta que la tasa se estabiliza.
• La tasa estabilizada es una estimación de $f_c$, que a su vez se aproxima a $K_s$.
• El ensayo debe repetirse en varios puntos: la infiltración es enormemente variable en el espacio, con coeficientes de variación que superan el 50 % en un mismo predio.
• Los resultados dependen de la humedad inicial, así que hay que registrarla junto con el dato.

Órdenes de magnitud

Textura	$f_c$ orientativa (mm/h)
Arena	20 – 250
Franco arenoso	10 – 80
Franco	5 – 20
Franco arcilloso	2 – 10
Arcilla	menos de 5

Dónde se usa cada cosa

Para obras de infiltración —zanjas, pozos de infiltración, pavimentos permeables, recarga gestionada— lo que interesa es $f_c$ o $K_s$ medida en terreno, con un factor de seguridad generoso por colmatación. Para modelación de crecidas, en cambio, lo habitual es no modelar la infiltración explícitamente sino usar un método de abstracción agregada como el número de curva SCS, que encapsula suelo, uso y humedad antecedente en un único parámetro. Puedes estimar la escorrentía por esa vía con la calculadora de número de curva SCS y revisar la guía del método SCS-CN.