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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTALSIMÓN RODRIGUEZ”
UNESRNÚCLEO SAN CARLOS
SAN CARLOS ESTADO COJEDES
FACILITADOR PARTICIPANTESProf. Julio César Camejo R. Mendoza Génesis 20.731.230
Parra Darwin 20.731.232Martínez Fraykenis 20.487.216
Guerra Dayana 20.042.665Yépez Yenni 18.436.920
Pinto María V. 21.135.391
SAN CARLOS, SEPTIEMBRE DE 2012
1
ÍNDICE
Pág.INTRODUCCIÓN 51.- EL AGUA EN EL SUELO 72.- LA TÉCNICA DEL DRENAJE 8
2.1.- DEFINICIÓN DE DRENAJE 82.2.- FACTORES INFLUYENTES EN EL DRENAJE 12
3.- TIPOS O MÉTODOS DE DRENAJE 133.1. COMPONENTES DE UN SISTEMA DE DRENAJE
SUBSUPERFICIAL15
3.2. COMPONENTES DEL SISTEMA DE DRENAJE SUPERFICIAL
16
4.- ORIGEN DE LOS EXCEDENTES DE AGUA 174.1. FACTORES QUE CONTRIBUYEN AL EXCEDENTE DE
AGUA EN EL SUELO17
4.1.1. Textura del suelo 174.1.2. Estructura del suelo 184.1.3. Permeabilidad 184.1.4. Topografía 184.1.5. Formación geológica 184.1.6. Compactación 184.1.7. Precipitación 19
5.- BASES PARA DEFINIR EL MÉTODO DE DRENAJE 196.- IMPORTANCIA DEL DRENAJE 207.- CONSECUENCIAS DEL MAL DRENAJE 218.- SISTEMAS DE DRENAJE 23
8.1. CLASIFICACIÓN POR UBICACIÓN Y OBJETIVO 248.2. CLASIFICACIÓN POR POSICIÓN 24
9.- RECONOCIMIENTO Y DIAGNÓSTICO DE PROBLEMAS DE DRENAJE
25
9.1. RECONOCIMIENTO 259.1.1. Recopilación de Antecedentes 269.1.2. Reconocimiento de Campo 26
9.2. DIAGNÓSTICO 2610.- CAUSAS DEL PROBLEMA 2711.- DISEÑO DE UNA RED DE DRENAJE 29
11.1. ZANJAS COLECTORAS 2911.1.1. Trazado de la red de zanjas colectoras 29
2
11.1.2. Dimensionamiento de la zanja 3011.1.3. Ejemplo de cálculo de las dimensiones de una zanja
colectora35
11.1.4. Etapas de construcción de zanjas 3611.1.5. Roce, Despeje y Limpieza de Faja 3611.1.6. Excavación de la zanja 3711.1.7. Retiro del material 3911.1.8. Cercado de zanjas 40
11.2. DRENES DE TUBERÍA 4111.2.1. Materiales de tuberías 4211.2.2. Diámetro de tuberías 4211.2.3. Envolventes 4311.2.4. Instalación de drenes de tubería 4511.2.5. Estructuras auxiliares 4711.2.6. Estructuras de salida 4811.2.7. Estructuras de conexión 4911.2.8. Cámaras de inspección 5011.2.9. Cámaras de filtración 52
11.3. DRENES EN V 5311.4. DRENES INTERCEPTORES 5411.5. DRENES TOPO 55
11.5.1. Definición 5511.5.2. Implemento usado para la construcción de drenes topo 5611.5.3. Arado topo sin barra de tiro, de acople al sistema
hidráulico de tres puntos del tractor56
11.5.4. Arado topo con barra de tiro 5811.5.5. Construcción de drenes topo 5911.5.6. Alternativas de descarga del dren topo a colectores. 62
12. INTERVENCION DE CAUCES NATURALES 6312.1. CONTROL DE INUNDACIONES 63
12.1.1. Diques 6412.1.2. Muros de contención 64
12.2. LIMPIEZA DE CAUCES NATURALES 6612.3. AMPLIACIÓN DE CAUCES NATURALES 66
13.- MANTENCION DE OBRAS DE DRENAJE 6713.1. MANTENCIÓN DE ZANJAS 68
13.1.1. Extracción de sedimentos 6913.1.2. Corte de vegetación de berma, talud y sello de la zanja 6913.1.3. Reparación de cercos 69
3
13.1.4. Inspección y limpieza de alcantarillas 7013.2. MANTENCIÓN DE DRENES DE TUBERÍA 71
13.2.1. Remoción de sedimentos del interior de las tuberías 7113.2.2. Inspección, limpieza y reparación de estructuras 72
13.3. MANTENCIÓN DE CAUCES NATURALES 7313.3.1. Limpieza de sedimentos y restos de materiales y
árboles acumulados en la sección del cauce73
13.3.2. Control de vegetación en las riberas 74CONCLUSIONES 75BIBLIOGRAFÍA 77
4
INTRODUCCIÓN
El agua es fundamental en el aspecto biológico de la planta, pero no hay que
olvidar su importancia como vehículo de las demás sustancias nutritivas que contiene
el suelo, interviniendo, además, en las reacciones químicas que se producen en la
hoja. Existe, además, otro aspecto del agua en la vida de las plantas,
cuya importancia es esencial para el desarrollo de las mismas, y que es el papel
regulador en los fenómenos químicos y microbiológicos que se producen en el suelo.
Durante el desarrollo del ciclo agrohidrológico el comportamiento del agua en
el suelo no es estático; cuando el agua de riego o lluvia entra en contacto con el
terreno se verifica en primer lugar su precolación desde los estratos superiores hacia
los inferiores; en esta fase, los macroporos y microporos del suelo se llenan de
agua siendo expulsado el aire. En fase posterior, los macroporos de aquellos estratos
que ya han sido atravesados por el agua se llenan nuevamente de aire, mientras que
los microporos quedan todavía saturados de humedad. Después de un cierto tiempo,
bajo la fuerza de absorción de las raíces de las plantas, esta humedad se reduce
gradualmente dejando que el aire llene de nuevo, en todo o en parte, los espacios
vacíos de los microporos.
Como consecuencia del fenómeno descrito, los procesos aerobios y
anaerobios se alternan continuamente en el terreno, asegurando a las plantas un
continuo aprovechamiento de elementos nutritivos asimilables. Cuando la humedad
del terreno se agota, la microflora aerobia favorece la rápida oxidación de los
componentes orgánicos y minerales del suelo, pero por carencia de agua estos
elementos no pueden ser absorbidos por la planta.
Por el contrario, si el agua ocupa los poros del terreno durante un tiempo
prolongado, la circulación del aire no existe, con el consiguiente fenómeno de asfixia
de las raíces y fermentación anaerobia. El conocimiento hidrológico del terreno y de
5
la distribución de la humedad en el suelo constituye un factor determinante para el
logro de las mejores producciones tanto en cultivos de secano como de regadío.
El drenaje agrícola es la práctica que se requiere para mejorar un suelo cuando
éste se encuentra bajo condiciones de exceso de agua y/o de sales. El drenaje se hace
obligado en zonas de riego donde la agricultura es intensiva y el exceso de agua
provoca la elevación de mantos freáticos, algunas veces por la saturación natural del
suelo y otras por la inducción de ésta a través de prácticas deficientes de riego,
manejo inadecuado del suelo, aplicación de agua de riego con baja calidad y algunas
veces por la mezcla de todas ellas provocando un fuerte problema a las áreas de
cultivo.
El mal drenaje de los suelos, tanto externo como interno, ha sido un aspecto al
que históricamente no se le ha dado la importancia merecida. Por un lado, la actitud
normal de los agricultores ha sido evitar utilizar aquellos suelos con problemas de
drenaje, o usar cultivos de corto período de desarrollo que crezcan durante la
temporada en que el problema no es evidente. Asimismo, la acción estatal de fomento
a la investigación, transferencia tecnológica y construcción de obras de drenaje es aún
escasa, y no guarda relación con la envergadura e importancia del problema.
Ningún país puede darse el lujo de permitir que más de un 30% de su
superficie agropecuaria se encuentre limitada en su producción. El impacto en su
economía es de una magnitud tal que puede representar un verdadero freno a su
desarrollo.
6
1.- EL AGUA EN EL SUELO
El balance hídrico fundamental indica que las precipitaciones se convierten en
aportaciones (escorrentía) y evapotranspiración. Analizando con más detalle el
balance, nos encontramos con que las principales etapas que recorre el agua en el
mismo son las siguientes:
Precipitación.
Evaporación.
Transpiración.
Humedad del suelo en la zona no saturada.
Escorrentía superficial.
Flujo a través de la zona no saturada; precolación y elevación capilar.
Flujo del agua freática: drenaje y filtraciones.
Según Ávila, L.F. (2000):
Para estudiar la vida vegetal, interesa fundamentalmente conocer el comportamiento del agua en el suelo dentro de estas etapas. El nivel freático, separa la zona saturada de agua del suelo de la zona no saturada de agua. Por encima del nivel freático existe una franja capilar casi saturada, en la que el agua está en contacto con el nivel freático y sostenido por elevación natural. El agua que está debajo del nivel freático recibe el nombre de agua freática y se define como la masa de agua que existe en un suelo en el que todos los poros están saturados de agua (p. 33).
Para conocer las posiciones del agua en un determinado suelo se realizan
sondeos en el mismo. El agua fluye dentro de estos sondeos hasta que se alcanza un
nivel de equilibrio, en el que la presión del agua es igual a la presión atmosférica,
y precisamente este nivel es el que hemos llamado nivel freático.
Para observar las variaciones de la capa freática a lo largo de un cierto período
de tiempo se utilizan los piezómetros, que son pozos de observación que alcanzan el
nivel más bajo que se espera en el período, y que se revisten con tubos perforados.
7
Las posiciones límite de la capa freática en un suelo se pueden detectar también por
otras características. Por debajo del nivel mínimo de la capa freática, no hay
oxidación, esto se traduce en que los suelos arcillosos presentan tonos azulados y las
turbas tonos pardos claros. En las zonas de oscilación de la capa freática, donde
alternan los fenómenos de oxidación y reducción, son frecuentes las manchas
negruzcas de manganeso.
Según el autor anterior (Ávila, L.F., óp. cit., 2000):
En la zona no saturada, el agua está sometida a la acción del potencial mátrico del suelo, que es una presión negativa (succión), resultante de la combinación de las fuerzas capilares con las fuerzas de absorción de las partículas del suelo. Por lo tanto la presión del agua en cualquier punto de la zona no saturada es menor que la presión atmosférica, lo cual significa que se requiere una succión para poder extraer agua de dicha zona no saturada (p. 36).
2.- LA TÉCNICA DEL DRENAJE
2.1.- DEFINICIÓN DE DRENAJE
El drenaje consiste en eliminar el excedente de agua de riego o lluvia.
La eliminación del agua en el drenaje se lleva a cabo aprovechando la circunstancia
de que por debajo de la capa freática, la presión del agua es superior a la atmosférica;
basta por lo tanto con situar conducciones en régimen libre a una cota conveniente
para que el agua fluya a ellas. Las conducciones pueden ser zanjas o tuberías
perforadas enterradas.
Según Ortega, C.L. (1996):
El suelo está constituido por una fase sólida, líquida y gaseosa. Para que las semillas germinen, las plantas crezcan, se desarrollen adecuadamente y produzcan altos rendimientos, es necesario que en el suelo coexistan equilibradamente las tres fases: la fase sólida, representada por las partículas de suelo; la fase líquida, representada por el agua; y la fase gaseosa, representada por el aire (p. 65).
8
Como se indica en la Figura 1, bajo condiciones de mal drenaje o de exceso de
agua, el aire presente en el suelo es removido y el espacio libre es ocupado por el
agua. En tales circunstancias, las plantas son afectadas en sus procesos esenciales,
debido a que el oxígeno es indispensable para la respiración de las raíces.
Figura 1.
Fases existentes en un suelo no saturado y saturado
Fuente: Ortega, C.L. (1996).
Indica el autor (Ortega, C.L., 1996, 67), las características principales del
movimiento del agua son las siguientes:
- La capa freática no es una superficie plana, sino que tiene una cierta
curvatura, que es más pronunciada a medida que el terreno es más impermeable. Por
lo tanto, un drenaje no consigue nunca que la capa freática esté a la misma
profundidad respecto al terreno.
- La afluencia del agua a los drenes proviene de toda la zona situada bajo la
capa freática.
- Cuando el terreno está compuesto de estratos de distinta permeabilidad, las
líneas de flujo reflejan estas variaciones.
9
En base a lo anterior, Luthin, J.N. (2003), establece que:
El drenaje es una tecnología que tiene como objetivo fundamental, disminuir el exceso de agua acumulada, tanto en la superficie como en el interior del suelo, con el fin de mantener las condiciones óptimas de aireación y actividad biológica indispensables para los procesos fisiológicos de crecimiento y desarrollo radicular, como se muestra en la Figura 2 (p. 59).
Figura 2.
Diferencia de crecimiento radicular y vigor de la planta bajo condiciones de mal y
buen drenaje
Fuente: Fuente: Luthin, J.N. (2003). Drenaje de tierras agrícolas.
El principal problema con que se enfrenta el proyectista de un drenaje es la
determinación de la profundidad media óptima de la capa freática. El problema podría
resolverse mediante tanteos sucesivos que comparan las inversiones y gastos de
mantenimiento necesarios para la red de drenaje a diversas profundidades con las
producciones agrícolas obtenidas en función de la situación de la capa freática. Este
camino sería demasiado largo y no muy exacto. Está generalmente admitido que la
10
TUBERIA DE DRENAJE
SUELO DRENADO
SUELO SATURADO
determinación de la profundidad media de la capa freática se lleve a cabo por criterios
empíricos, y el más aceptado es el siguiente:
- Para una zona de regadío, la profundidad de la capa freática a los tres días
después de regar debe ser la que sigue:
Cuadro 1.
Profundidad de la capa freática a los tres días después de regar
Pastos 0.5-0.7 m
Hortalizas 0.5-0.8 m
Cultivos Extensivos 0.9-1.2 m
Frutales 1.50 m
Fuente: Grassi, C.J., 1975. Manual de Drenaje Agrícola.
Asimismo, se admite que como consecuencia de las lluvias la capa freática
puede alcanzar hasta 5 veces al año los siguientes valores:
Cuadro 2.
Valores de la Capa Freática
Días después de la
lluvia
Pastos y Hortalizas Cultivos
Extensivos
Frutales
0 0.3 0.5 0.9
1 0.5 0.8 1.1
2 0.7 1.0 1.3
3 0.8 1.1 1.4
Fuente: Grassi, C.J., 1975. Manual de Drenaje Agrícola.
11
La aplicación de estos dos criterios conduce a resultados muy aceptables en la
práctica y pueden utilizarse por lo tanto para deducir los caudales en una red de
drenaje.
2.2.- FACTORES INFLUYENTES EN EL DRENAJE
Para Grassi, C.J. (1975, 97), los factores que condicionan una red de drenaje
son prácticamente los mismos que los que influían en la transformación en regadío,
aun cuando su campo de influencia sea distinto:
- El suelo. La influencia del suelo es decisiva en el proyecto de una red de
drenaje, sobre todo desde el punto de vista de la permeabilidad. Influye también
mucho la estratificación del suelo, ya que como se ha visto, el flujo del agua hacia el
dren se ve modificado por la distinta permeabilidad de los diversos estratos. La
topografía influye, asimismo, en las cantidades de agua infiltradas después de las
lluvias y sobre todo define las aportaciones de agua que se producen a la red de
drenaje desde los terrenos colindantes a la zona a drenar.
- El agua. La influencia del agua en una red de drenaje es mucho menos
importante que en una red de riegos. Únicamente se pueden producir problemas en
los tubos enterrados como consecuencia de depósitos químicos debidos a veces a la
calidad del agua, aunque en la mayor parte de los casos es el suelo el responsable de
estos problemas.
- El clima. Dado que las lluvias condicionan en una gran parte el
dimensionamiento de una red de drenaje, es esencial conocer a fondo la pluviometría
de la zona a drenar, a ser posible, con datos de intensidades máximas, horarias y
diarias.
- Los cultivos. La influencia de los cultivos consiste en la profundidad
necesaria de la capa freática que requiere cada uno de ellos, aunque no es frecuente
realizar un drenaje para un cultivo determinado, sino más bien, al contrario. Es decir,
12
una vez proyectada una red de drenaje, la profundidad de la capa freática resultante
determinará los cultivos aptos en la zona.
- La estructura de la propiedad. La influencia de este factor es bastante
reducida, aunque en general debe tenderse siempre a que los colectores discurran por
las laderas entre fincas. Naturalmente, esto no es siempre posible, ya que la
topografía del terreno influye enormemente.
3.- TIPOS O MÉTODOS DE DRENAJE
Según Grassi, C.J. (1975):
Los dos tipos de drenaje se diferencian en el sitio de donde es removida el agua: cuando el exceso de agua es removido de la porción superficial del suelo, el drenaje se denomina Superficial, mientras que cuando el exceso de agua es removido del perfil del suelo, se denomina Subsuperficial. El objetivo general del drenaje es de garantizar una zona radical aireada (p. 99).
En el caso del drenaje subsuperficial, el problema se produce por un exceso de
agua en el interior del suelo, debido a la presencia de una napa freática, permanente o
fluctuante, a una profundidad tal que restringe el desarrollo radicular. Se llama "napa
freática", a la superficie de agua presente en el suelo, la cual marca el límite entre el
suelo saturado y el suelo no saturado. Generalmente, la napa freática se ubica sobre
una estrata impermeable, la cual impide el movimiento vertical del agua, produciendo
la condición de suelo saturado. En la Figura 3, se presenta un diagrama generalizado
de un sistema de drenaje subsuperficial.
En cambio, por drenaje superficial se entiende la remoción de los excesos de
agua acumulados sobre la superficie del terreno, a causa de lluvias muy intensas y
frecuentes, topografía muy plana e irregular y suelos poco permeables (Rojas, 1984).
La necesidad del drenaje superficial se justifica en zonas donde los factores
climáticos, las condiciones hidrológicas, las características de los suelos, la topografía
y la utilización de la tierra, dan lugar a que el agua permanezca inundando la
13
superficie del suelo, durante un tiempo superior al que los cultivos pueden soportar
sin manifestar serios efectos sobre los rendimiento y/o sobrevivencia. En la Figura 4
se presenta un modelo hidrológico del drenaje superficial.
En este modelo se considera un área independiente sin aportes externos y en
tal caso las “entradas” se reducen sólo a la precipitación sobre el área, la cual es
afectada por el sistema suelo-cobertura que regula las “salidas” que son la
evapotranspiración, infiltración y escorrentía.
Conociendo el comportamiento de la precipitación, la variación de la
evaporación e infiltración y el efecto regulador del sistema suelo-cobertura, puede
determinarse la escorrentía, la cual constituye la información básica para el cálculo de
la red de drenaje.
Figura 3.
Diagrama generalizado del drenaje subsuperficial.
Fuente: Fuente: Luthin, J.N. (2003). Drenaje de tierras agrícolas.
14
Figura 4.
Modelo hidrológico simplificado del drenaje superficial.
Fuente: Fuente: Luthin, J.N. (2003). Drenaje de tierras agrícolas.
3.1. COMPONENTES DE UN SISTEMA DE DRENAJE SUBSUPERFICIAL
Un sistema de drenes subsuperficiales tiene como objetivo fundamental el
control de la profundidad de la napa freática, de forma tal que el balance de aguas y
sales dentro de la zona radicular sea el óptimo para los requerimientos del cultivo en
una condición de suelos y clima específico.
Para lograr este objetivo, un sistema de drenes subsuperficiales consta
fundamentalmente de tres tipos de drenes: laterales, colectores y dren principal. Los
drenes laterales generalmente se disponen paralelos unos a otros y tienen como
misión principal el control de la profundidad de la napa. Los drenes colectores,
aunque eventualmente también drenan el terreno adyacente, su misión fundamental es
transportar el agua extraída por los laterales hasta el dren principal donde se produce
15
INFILTRACION
ESCORRENTIASISTEMA
SUELO - COBERTURA
PRECIPITACION Y/O
FILTRACIONES
EVAPOTRANSPIRACION
la descarga del sistema. El dren principal, que puede ser artificial o natural (río,
estero, otro.), es el que en definitiva recoge los excedentes provenientes de varios
sistemas.
La relación entre laterales y colectores puede ser simple o compuesta. Se
entiende por una red simple cuando laterales de tubo descargan en colectores zanja.
Se entiende por una red compuesta cuando laterales de tubo o zanja descargan en
colectores de tubo o zanja, respectivamente. La primera forma de diseño (tubo-zanja)
es utilizada frecuentemente por las ventajas que tiene para el mantenimiento de la red.
3.2. COMPONENTES DEL SISTEMA DE DRENAJE SUPERFICIAL
Un sistema de drenaje superficial tiene dos componentes: el primero es la red
colectora y el segundo consiste en diversas prácticas de acondicionamiento
superficial del terreno, con tal de facilitar el flujo del exceso de agua hacia los
colectores.
El primer componente, la red colectora, consistente en zanjas y tuberías, ha
sido el más estudiado hasta ahora y en la actualidad existen métodos suficientemente
aceptables para realizar el diseño, cálculo y cubicación respectiva.
El segundo componente es más complicado puesto que depende del
microrrelieve del terreno y hasta ahora no existe un método suficientemente probado
para permitir un diseño racional. En algunos casos, este último aspecto se resuelve
utilizando métodos de acondicionamiento superficial, que modifican la topografía y el
microrrelieve del terreno, a fin de proporcionar pendientes que permitan una rápida
evacuación de las aguas. Para este mismo fin, también pueden utilizarse los drenes
topo, que cumplen el objetivo de recolectar y conducir el agua de saturación hacia los
colectores.
16
4.- ORIGEN DE LOS EXCEDENTES DE AGUA
El exceso de agua en un suelo puede deberse a diversos factores como:
1. Precipitación Excesiva.
2. Agua de Riego.
3. Filtraciones subterráneas de áreas adyacentes (por ejemplo, Embalses
Adyacentes).
4. Ascenso Capilar.
5. Desbordamientos por canales o cauces naturales (sobre zonas bajas).
6. Aplicación de Agua con fines especiales (como el lavado de sales y control
de temperatura).
4.1. FACTORES QUE CONTRIBUYEN AL EXCEDENTE DE AGUA EN EL
SUELO
Entre los factores que contribuyen al exceso de agua en el suelo están: textura
del suelo, estructura del suelo, permeabilidad del suelo, la topografía, la formación
geológica, la compactación y la precipitación.
4.1.1. Textura del suelo
La composición de arenas, limos y arcillas en las partículas solidas minerales
en el suelo se denomina textura. Para una textura arcillosa, por ejemplo, el contenido
de mineral podría consistir en un 40% de arcilla, 30% de limos y un 30% de arenas.
La textura del suelo puede tener un efecto importante en que tan bien el suelo retiene
el agua, y que tan fácil se puede mover dentro del suelo. Los suelos de texturas finas
tienen un gran porcentaje de arcillas y limos. Estos suelos generalmente retienen bien
el agua, pero tienen un mal drenaje. Las texturas gruesas tienen un gran porcentaje de
arena y grava. Estos suelos drenan bien pero son malos retenedores de agua.
17
4.1.2. Estructura del suelo
La disposición de las partículas minerales de un suelo es lo que se denomina
Estructura del Suelo. Una estructura granular ayuda a mejorar el movimiento de agua
en el suelo, pero una estructura masiva (que carece de cualquier arreglo distinto de las
partículas de suelo) generalmente disminuye el movimiento del agua.
4.1.3. Permeabilidad
En términos generales, la facilidad relativa con la que el agua se puede mover
a través de un bloque de suelo es denominada Permeabilidad del Suelo. La
permeabilidad del suelo es afectada por su textura, estructura, por actividades
humanas y otros factores.
4.1.4. Topografía
La forma y la pendiente de la superficie del suelo pueden generar condiciones
de terreno húmedo, especialmente alrededor de depresiones donde el agua se tiende a
acumular. Sin una salida el agua podría drenarse muy lentamente.
4.1.5. Formación geológica
La formación geológica subyacente de un suelo, puede impactar el drenaje de
agua de un suelo. Por ejemplo, un suelo tiene propiedades de textura y estructura
beneficiosas para el movimiento del agua. Sin embargo si la formación geológica
subyacente de este suelo consiste en Arcilla Densa o Roca Solida, se podría restringir
el movimiento descendente del agua, causando que el suelo encima de la formación
permanezca saturado durante ciertas épocas del año.
4.1.6. Compactación
Las actividades humanas pueden ayudar a crear problemas de exceso de agua.
Por ejemplo, los equipos que operan sobre un suelo húmedo pueden compactar el
18
suelo y destruir su estructura. La capa de suelo que esta compactada generalmente no
tiene estructura, y la mayoría de vacíos en esta capa habrán sido eliminados. Los
vacíos son espacios abiertos entre las partículas de suelo que se pueden llenar con
agua, aire o una combinación de ambos.
El agua del suelo tiende a acumularse por encimas de la capa compactada
debido a que el movimiento de agua a través de la capa compactada esta severamente
restringido. Si la capa compactada se localiza en la superficie del suelo muy poca
agua entrara al suelo y se generará escorrentía que crearía un riesgo enorme de
erosión y/o inundación.
4.1.7. Precipitación
Los suelos pueden manejar ciertos niveles de precipitación, sin que se
produzca escorrentía y/o inundaciones, sin embargo el exceso de precipitación,
frecuentemente produce exceso en las condiciones de agua del suelo. Además, las
tormentas frecuentemente resultan en escorrentía debido a que la tasa de precipitación
es mayor a la tasa de infiltración de agua en el suelo.
5.- BASES PARA DEFINIR EL MÉTODO DE DRENAJE
Pizarro, F. (2008, 88), establece dos métodos de drenaje: drenaje superficial y
subterráneo. Según el autor, para decidir el método más adecuado en cada caso, hay
que tener en cuenta:
Origen del agua
Volúmenes de agua a evacuar
Permeabilidad del suelo
Clases de pendientes del suelo
Estabilidad estructural de los diferentes horizontes del perfil del suelo
Tipo de agricultura a realizar.
19
6.- IMPORTANCIA DEL DRENAJE
Los excesos de agua en el suelo pueden tener consecuencias severas tanto para
el suelo como para los cultivos, entre estas podemos contar:
Cuadro 3.
Consecuencias de los excesos de agua en el suelo
La Salinidad. La salinidad en los suelos es consecuencia de un drenaje
deficiente, en los terrenos mal drenados se acumulan sales
disueltas en el agua de riego o de escorrentía, pudiendo
salinizar la solución del suelo y modificar el complejo de
cambio. La salinidad tiene efectos negativos en la fisiología de
las plantas.
Deficiencia de
Oxigeno.
Cuando el oxigeno disponible disminuye, por el exceso de
agua, por debajo de unos niveles que son distintos para cada
planta, las raíces disminuyen su actividades fisiológicas, con las
siguientes repercusiones.
Alteración de las
actividades
microbianas y
alteración en los
aportes de
nutrientes.
Con la disminución del contenido de oxigeno la microflora
desaparece gradualmente, siendo sustituida por organismos
anaeróbicos, que pueden influir en la disponibilidad de ciertos
elementos, cuyo equilibrio es importante para la planta.
Problemas con
las labores y el
control de
malezas.
Trabajar en suelos con contenidos de humedad altos, en
muchos suelos arcillosos origina la destrucción de agregados y
dispersión de partículas de suelo.
Enfermedades y
Plagas.
La humedad del suelo afecta de forma distinta a los agentes de
enfermedades de las plantas, generando podredumbre, hongos e
20
incluso enfermedades víricas.
Disminución de
la productividad.
Los niveles excesivamente altos de agua en el suelo, incluso de
corta duración, pueden ejercer una influencia en la producción,
dependiendo de las fases de desarrollo de las plantas en el
momento en que se producen.
Fuente: Grassi, C.J., 1975. Manual de Drenaje Agrícola.
7.- CONSECUENCIAS DEL MAL DRENAJE
Pizarro, F. (2008), explica que:
Usualmente, se considera que el principal efecto del mal drenaje es el daño a la productividad agrícola. No obstante, existen otras consecuencias, directas o indirectas, las cuales se presentan en las Figuras 5 y 6, donde se muestran los efectos del mal drenaje por acumulación superficial y en el interior del suelo, respectivamente (p. 37).
Figura 5.
Efectos del mal drenaje por acumulación superficial
21
Fuente: Pizarro, F. (2008). Riego agrícola
Figura 6.
Efectos del mal drenaje en el interior del suelo
22
EXCESO DE AGUA EN EL INTERIOR DEL SUELO
MENOR TEMPERATURAMENOR AIREACION
MENOR DESARROLLO DE RAICES
MENOR ACTIVIDAD DEORGANISMOS DEL SUELO
MENOR DESCOMPOSICION DEMATERIA ORGANICA
PERDIDAS ECONOMICAS
DISMINUCION DE RENDIMIENTOS
MENOR ABASTECIMIENTO DE NUTRIENTES
Fuente: Pizarro, F. (2008). Riego agrícola
En el Cuadro 4, se presenta una comparación del efecto entre suelo bien
drenado y mal drenado a diversos factores del suelo.
Cuadro 4.
Consecuencias del mal drenaje
FACTOR SUELO BIEN DRENADO SUELO MAL DRENADO
Aireación del Suelo 15 – 20 % oxígeno Menos de 5% de oxígeno
Temperatura del
suelo
Normal 1 a 5 º C más baja
Disponibilidad de
nutrientes
Normal Escasa a nula
Trabajabilidad y
capacidad de soporte
del suelo
Soporta peso sin destrucción
de su estructura, ni
compactación
Se destruye estructura del
suelo y éste se compacta
fácilmente
Mecanización Preparación de suelos
óptima en calidad y
oportunidad
Deficiente preparación de
suelo y con retraso.
Problemas Sanitarios Normales Se acentúan problemas en
plantas, animales y humanos.
Daños a
Infraestructura
Mejor mantención Mayor daño y menor vida útil
(Ej.: caminos)
Fuente: Pizarro, F. (2008). Riego agrícola
8.- SISTEMAS DE DRENAJE
Pizarro (2008, 81), señala que:
23
En un sentido amplio se considera parte del sistema de drenaje cualquier obra o instalación que extrae agua del terreno. Para tratar de ser más específicos, los sistemas pueden clasificarse en la forma siguiente:
a) Sistemas abiertos: tanto los drenes como los colectores son zanjas abiertas.b) Sistemas subterráneos: tanto los drenes como los colectores consisten en tuberías subterráneas.c) Sistemas mixtos: los drenes son tuberías subterráneas y los colectores zanjas abiertas.
Existen otras clasificaciones que mencionan aspectos similares a la anterior,
pero incluyen otros términos de referencia:
8.1. CLASIFICACIÓN POR UBICACIÓN Y OBJETIVO
Superficial: Conducción Captación.
Drenaje Parcelario.
Mixto.
Es necesario resaltar que al drenaje superficial se le considera también abierto,
los objetivos de éste es el de eliminar el agua superficial y conducirla fuera del área
de influencia o zona de riego, aunque en ocasiones también se controla el nivel
freático a través de este sistema y produce entonces un riego subterráneo o por
capilaridad.
Al drenaje parcelario se le considera subterráneo y el objetivo de él es de
recoger el agua infiltrada procedente de la lluvia, riego u otros orígenes y controlar el
nivel freático del terreno, para posteriormente evacuarla fuera de la zona de influencia
sea a través de tuberías o de zanjas en cuyo caso se le consideraría como un sistema
de drenaje mixto.
8.2. CLASIFICACIÓN POR POSICIÓN
a) Vertical
24
b) Horizontal
El drenaje vertical es un sistema de drenaje menos frecuente que consiste en
una serie de pozos distribuidos sistemáticamente en el terreno para evacuar hacia
otros estratos el agua excedente de los estratos superiores. Este drenaje vertical es
hecho exprofeso mediante la perforación de pozos que varían en tamaño de acuerdo a
las necesidades, extensión del terreno y a la geomorfología. Generalmente son
rellenados de un material de grava para que fluya rápidamente el agua excedente.
El drenaje horizontal es el que conocemos como superficial o parcelario y
mixto. Para fines de diseño del sistema, en el drenaje superficial se estima el volumen
de agua del exterior y el cálculo del dren de captación y conducción, a través de los
métodos para estimar escorrentías, principalmente. En el drenaje subterráneo, es
necesario conocer textura, pendiente, permeabilidad, existencia de estratos,
principalmente.
9.- RECONOCIMIENTO Y DIAGNÓSTICO DE PROBLEMAS DE
DRENAJE
La experiencia indica que los distintos problemas de drenaje poseen
características propias, que los hacen únicos. Es decir, ningún proyecto es idéntico a
otro, razón por la cual es imprescindible un reconocimiento y un diagnóstico de cada
situación.
9.1. RECONOCIMIENTO
El reconocimiento de problemas de drenaje tiene como objetivo evaluar las
condiciones generales del área determinando sus problemas existentes o potenciales.
Consiste en una inspección del área desde puntos fácilmente accesibles, en la época
cuando se manifiestan marcadamente los problemas de drenaje. Esta visita debe
completarse con las opiniones e impresiones de las personas que habitan el lugar.
25
En el reconocimiento existen dos etapas: recopilación de antecedentes y
reconocimiento de campo.
9.1.1. Recopilación de Antecedentes
Debe reunirse toda la información existente sobre el sitio en cuestión, como
por ejemplo, fotografías aéreas, mapas, estudios anteriores, informes, publicaciones y
opiniones de personas conocedoras del tema y del área.
9.1.2. Reconocimiento de Campo
En esta etapa es imprescindible la participación de los agricultores, con los
cuales se debe hacer conjuntamente el recorrido de terreno. En este recorrido de
campo se recomienda obtener la siguiente información:
Observación de síntomas de mal drenaje, ya sea en plantas, suelo y /o
animales.
Delimitación de áreas de saturación e inundación.
Delimitación de áreas de aporte de agua por escorrentía, que pueden ser
laderas adyacentes o predios ubicados aguas arriba.
Evaluación de las descargas de las aguas, pudiendo ser cauces naturales o
zonas más bajas (quebradas). Es importante inspeccionar lo relacionado a capacidad,
estado de mantención, ubicación y desnivel disponible para la descarga de las aguas.
Identificación de limitantes del suelo. Las características de textura,
estructura y estratificación, son determinantes en la formación de problemas de mal
drenaje.
Identificación de limitaciones de topografía.
9.2. DIAGNÓSTICO
26
Posterior al reconocimiento, se realiza un diagnóstico del problema, el cual
debe entregar la siguiente información:
Identificación de las causas del problema.
Identificación de las fuentes de exceso de agua.
Proposición de posibles soluciones del problema, con sus costos y beneficios
estimativos.
Recomendación de estudios específicos para un proyecto posterior más
detallado, ya sea de factibilidad o de diseño (topografía, agrología, hidrología, otros).
10.- CAUSAS DEL PROBLEMA
El exceso de agua sobre el suelo o en el interior del mismo, puede ser
ocasionado principalmente por la conjunción de uno o más de los siguientes factores:
precipitaciones, inundaciones, riegos, suelo, topografía y filtraciones.
Precipitaciones
La acción de la precipitación se manifiesta fundamentalmente en las zonas
húmedas. En estas zonas, la precipitación excede a la evaporación y, en consecuencia,
hay períodos de exceso de humedad, durante los cuales el suelo se encuentra
saturado, y al ocurrir nuevas lluvias, el agua no puede ser absorbida, aumentando el
escurrimiento y produciendo acumulación en los terrenos ubicados en posición más
baja.
Inundaciones
Las inundaciones son una causa frecuente de problemas de drenaje,
particularmente en los terrenos adyacentes a los ríos y esteros. Lluvias de alta
intensidad en la parte alta de las hoyas hidrográficas, crean un aumento considerable
del caudal de los ríos, los cuales al no ser contenidos en el cauce normal, se
27
desbordan provocando problemas de drenaje a lo largo del plano de inundación
("vegas").
La alta precipitación en sí misma, sin embargo, no es la única causante. El
mal mantenimiento del cauce de los ríos y esteros, puede ser en muchas ocasiones el
factor determinante en su desbordamiento.
Riegos
El uso de prácticas inapropiadas tales como: riego tendido, riego nocturno,
tiempos excesivos y volúmenes incontrolables, provocan pérdidas excesivas por
escurrimiento superficial y por percolación profunda. El primero se acumula en las
depresiones del terreno, y el segundo contribuye a una rápida elevación de la napa
freática.
Suelos
Las características de textura, estructura y de estratificación, son
determinantes en la formación de problemas de mal drenaje. Los casos más
importantes al respecto son los siguientes:
a) Suelos de texturas finas (arcillosas), y de estructura masiva en la estrata
superficial, tienen una baja velocidad de infiltración.
b) Ocurrencia de depósitos de limo en la superficie de los suelos, formando
costras que impiden la infiltración.
c) Suelos estratificados, particularmente aquellos que se encuentran en planos
depositacionales de ríos ("vegas") o de cenizas volcánicas, presentan estratos que se
comportan como impermeables e impiden el movimiento vertical del agua.
Topografía
28
Se distinguen tres casos característicos, en que la topografía es causante del
problema de drenaje:
a) Topografías muy planas (< 0,5%), que impiden el libre escurrimiento de las
aguas y con frecuencia causan acumulación superficial. Este efecto se agrava con la
existencia de microrrelieve con pequeñas o medianas depresiones.
b) Suelos de lomaje, de topografía ondulada, tienen un alto escurrimiento
superficial y los excesos se acumulan en las depresiones. Si éstas no poseen una
adecuada salida natural, se presentan severos problemas localizados.
c) Microrrelieve con depresiones pequeñas y medianas, que dificultan el
movimiento superficial del agua.
Filtraciones
La red extra e intrapredial de canales de riego, construidos casi en su totalidad
directamente en tierra, presentan filtraciones laterales de mayor o menor grado, que
van a abastecer la napa freática, o afloran a la superficie en sectores de posición más
baja.
11.- DISEÑO DE UNA RED DE DRENAJE
11.1. ZANJAS COLECTORAS
Las zanjas corresponden a colectores trazadas en el terreno conformando una
red de drenaje. Para el diseño y construcción de esta red de zanjas es importante
considerar lo siguiente:
a) Trazado de la red de zanjas colectoras.
b) Dimensionamiento de la zanja.
c) Construcción de zanjas.
11.1.1. Trazado de la red de zanjas colectoras
29
Consiste en el diseño y determinación de la dirección del flujo de la red de
colectores. Para este propósito es recomendable contar con material cartográfico
(mapas, planos, croquis, otros); siendo lo óptimo un levantamiento topográfico del
terreno a drenar. Para realizar este trazado, deben considerarse los siguientes
aspectos:
a) Topografía: Las zanjas deben ubicarse en sentido de la pendiente del
terreno, en la medida que el apotreramiento, la forma de los potreros y el trazado
seleccionado lo permita.
b) Apotreramiento y deslindes: Dentro de lo posible, las zanjas deben quedar
ubicadas contiguas a los cercos principales.
c) Secciones de facilidad constructiva: Las dimensiones resultantes deben ser
de un tamaño tal, que permita optimizar el rendimiento de la construcción, ya sea
manual o mecanizado.
d) Evitar erosión: Evitar conducir caudales muy altos o en pendientes
excesivas, que produzcan velocidades erosivas.
e) Punto de descarga: Deben ser de fácil acceso, y en lo posible, distribuir el
caudal en varios puntos de descarga.
11.1.2 Dimensionamiento de la zanja
Según Ortega, C.L. (1996), los parámetros de dimensionamiento de una zanja
de sección trapezoidal, se indican en la Figura 7.
Para calcular estas dimensiones se utilizan las siguientes ecuaciones:
Q = A * VA = b * d + Z * d2
V = (1 / n) * (A / P)2/3 * So1/2 Fórmula de ManningP = b + 2 * d * (1 + Z2) 1/2
H = d + rB = b + 2 * Z * H
Donde:
30
Q = Caudal de drenaje (m3/s)A = Área transversal de conducción (m2)V = Velocidad del flujo (m/s)b = Base (m)d = Tirante hidráulico (m)Z = Talud de la pared (adim).n = Coeficiente de rugosidad de Manning (adim).P = Perímetro mojado (m).So = Pendiente de la rasante (m/m).H = Profundidad de la zanja (m).r = Revancha o altura libre (m).B = Ancho superior de la zanja (m).
Figura 7.
Parámetros de dimensionamiento de una zanja de sección trapezoidal
Fuente: Ortega, C.L. (1996). Drenaje de suelos.
Para calcular las dimensiones de la zanja, la fórmula de Manning la
expresamos de la siguiente forma:
Q = A x VQ = A x (1/n) x (A/P)2/3 x So1/2
(Q x n) / So1/2 = A5/3 / P2/3
((Q x n) / So1/2) 3 = A5 / P2
((Q x n) / So1/2) 3 = (b x d + Z x d2) 5 / (b + 2 x d x (1 + Z2) 1/2) 2
31
Al realizar el cálculo, son conocidos los siguientes valores:
Q : Calculado de acuerdo a un estudio hidrológico y de precipitaciones.
n : Se obtiene del Cuadro 2.So : Se obtiene en el plano topográfico, o se asume.Z : Se obtiene del Cuadro 3.
Para calcular d y b, debe asumirse un valor para alguno de estos parámetros, y
calcular el otro iterando en la ecuación. También existen tablas para obtener estos
valores, para valores de Q, n, So y Z dados, o es posible calcularlos
computacionalmente.
Cuadro 5.
Valores de coeficiente de rugosidad n
Condición del Dren Valor de n
Muy limpio 0,022 – 0,030
Limpio 0,029 - 0,050
Con poca vegetación 0,040 - 0,067
Con moderada vegetación 0,050 - 0,100
Con exceso de vegetación 0,067 - 0,200
Fuente: Grassi, Carlos J. 1991. “Drenaje de Tierras Agrícolas”.
Cuadro 6.
Talud Z (1: Z) en drenes abiertos
Material de excavación Z
Roca firme 0,25
Hard-pan duro. Roca con fisuras 0,5
Grava cementada. Arcilla y Hard-pan ordinario 0,75
Arcilla con grava. Suelos francos 1
Limo arcilloso 1
32
Suelos francos con grava 1,5
Suelos franco-arenosos 2
Suelos muy arenosos 3
Fuente: Ven Te Chow. 1959. “Open Channel Hydraulics”.
Desde el punto de vista constructivo, es muy importante respetar los taludes
de diseño, para evitar derrumbes como el que se muestra en la Fotografía 1.
Fotografía 1. Derrumbe de la pared de una zanja por falta de talud.
En relación al valor de la pendiente de la zanja, se recomienda un valor
mínimo de 0,1%, para evitar sedimentación y secciones demasiado grandes. Por otro
lado, deben evitarse pendientes excesivas, que generen velocidades muy altas que
ocasionen erosión y socavación del dren, por lo cual, existen valores de velocidad
máxima no erosiva según el tipo de material del dren, presentados en el Cuadro 4.
33
DERRUMBE DE LA PARED
Cuadro 7.
Velocidad (m/s) máxima no erosiva en drenes abiertos
Velocidad Máxima No erosiva (m/s)
Material Excavado Aguas
claras
Agua con
limo coloidal
Agua con
arena o gravas
Arena fina no coloidal 0,45 0,75 0,45
Material franco arenoso no coloidal 0,50 0,75 0,60
Material franco limoso no coloidal 0,60 0,90 0,69
Limos aluviales no coloidales 0,60 1,10 0,60
Material franco arenoso firme 0,75 1,10 0,70
Cenizas Volcánicas 0,75 1,10 0,60
Grava fina 0,75 1,50 1,15
Arcilla firme coloidal 1,15 1,50 0,90
Material franco o cascajoso bien
proporcionado
1,15 1,50 1,50
Limos aluviales coloidales 1,15 1,50 0,90
Material limoso o cascajoso bien
proporcionado
1,20 1,70 1,50
Cascajo grueso 1,20 1,80 1,95
Piedras redondeadas 1,50 1,70 1,95
Esquistos arcillosos y arcilla compacta 1,80 1,80 1,50
Fuente: Ven Te Chow. 1959. “Open Channel Hydraulics”.
En relación al valor de la base (b), existe un valor mínimo de acuerdo a la
modalidad de construcción. En caso de construcción manual, el valor mínimo será
aquel que pueda realizarse de acuerdo a la facilidad de operación de la mano de obra,
34
valor que generalmente se asume igual a 0,5 m. En caso de construcción mecanizada,
este valor mínimo de zanja corresponde al ancho de la cuchara de la excavadora.
11.1.3. Ejemplo de cálculo de las dimensiones de una zanja colectora
Se requiere calcular las dimensiones de una zanja de drenaje, considerando los
siguientes antecedentes:
Caudal (Q) = 250 l/s = 0,25 m3/s
Pendiente del suelo = 0,2%
Suelo de textura franca.
Construcción manual.
Solución:
Seleccionamos n = 0,04 para dren limpio, según el Cuadro 2.
Como pendiente del dren asumimos la misma del terreno.
Seleccionamos Z = 1, por suelo franco, según el Cuadro 3.
Asumimos b = 0,5 m, por construcción manual.
Aplicamos estos valores en la fórmula:
((Q x n)/So1/2)3 = (b x d + Z x d 2 ) 5
(b + 2 x d x (1 + Z2)1/2)2
Obtenemos:
((0,25 x 0,04) / (0,002)1/2)3 = (0,5 x d + 1 x d 2 ) 5
35
(0,5 + 2 x d x (1 + 12)1/2)2
0,01118= (0,5 x d + d 2 ) 5 (0,5 + 2 x d x 21/2)2
Para calcular el parámetro d, se van probando sucesivamente diferentes
valores, hasta obtener el valor más cercano a 0,01118, lo que en este caso se consigue
con d= 0,53, lo cual se comprueba a continuación:
(0,5 x 0,53 + (0,53) 2 ) 5 = 0,048480319
(0,5 + 2 x (0,53) x 21/2)2 3,996266376
= 0,01213
Al calcular la velocidad obtenemos 0,47 m/s, que es menor a la velocidad
máxima no erosiva, (Cuadro 4).
La profundidad total H = d + r = 0,53 + 0,5 = 1,03 m.
El ancho superior B, entonces es igual a B = 0,5 + 2 x 1 x 1,03 = 2,56 m.
11.1.4. Etapas de construcción de zanjas
Las etapas que existen en la construcción de zanjas son:
Roce, despeje y limpieza de faja.
Excavación de la zanja.
Retiro del material
Cercado de zanjas.
11.1.5. Roce, Despeje y Limpieza de Faja
Consiste en la eliminación de todos los árboles y matorrales sobre el área a
ocupar, en el ancho del dren, más las bermas correspondientes. En el Cuadro 5 se
presentan los estándares y características de esta etapa.
36
Cuadro 8.
Estándares de roce, limpieza y despeje de faja.
Etapa Procedimient
o
Actividad Rendimiento
Roce y
Despeje
Mano de Obra
no calificada
con rozones y
horquetas.
Corte de vegetación.
Acumular material en hileras
o montones.
Cargar material en camión.
100 m/jornada para
faja de 3 m de ancho
Traslado a
botadero
Camión tolva. Traslado de material a
botadero
100 m/hr con distancia
a botadero de 1 km.
Fuente: Ven Te Chow. 1959. “Open Channel Hydraulics”.
11.1.6. Excavación de la zanja
Esta labor puede realizarse ya sea manualmente o con maquinaria.
En el caso de construcción manual, los estándares son los siguientes:
Rendimiento excavación en suelo = 9 m3/Jornada
Rendimiento excavación en ripio = 2 m3/Jornada
Vida útil pala en excavación = 0,1 km/pala
Vida útil picota en excavación = 0,5 km/picota
37
En el caso de construcción mecanizada, se utilizan excavadoras y mano de
obra. La excavadora cumplirá la labor de excavación propiamente tal, en tanto que la
mano de obra se utilizará para el repase o terminación del sello y los taludes de las
zanjas. En el Cuadro 6 se presentan los estándares y características de esta etapa,
para excavación mecanizada.
Cuadro 9.
Estándares de excavación mecanizada de zanjas
Etapa Procedimiento Rendimiento
Excavación Excavadora Oruga Modelo 200.
133 HP potencia nominal.
Balde 1200 mm ancho y 0,93
m3 capacidad.
Terreno blando = 50-70
m3/hr.
Terreno semi-blando = 40-60 m3/hr
Terreno duro = 30-40 m3/hr
Terminación
de la sección
Mano de obra no calificada con
palas rectas.
El movimiento de tierra es
aproximadamente igual al 2,5% del
material excavado.
Rendimiento aproximado de 5
m3/jornada.
Fuente: Ven Te Chow. 1959. “Open Channel Hydraulics”.
Estos valores dependen del tipo de excavadora, de las condiciones de trabajo y
de la destreza del operador.
En la Fotografía 2, se muestra la construcción de una zanja de drenaje
utilizando retroexcavadora.
38
Fotografía 2. Construcción de zanja con retroexcavadora.
11.1.7. Retiro del material
Es recomendable que la excavación de las zanjas, ya sea mecanizada o
manual, considere la separación del suelo y del material que exista bajo éste, ya sea
ripio o arcilla. El suelo excavado puede ser aprovechado para rellenar sectores de
pequeñas depresiones al interior de los potreros, o simplemente, ser desparramado en
éstos. En el caso de que bajo suelo exista ripio, éste constituye un excelente material
para construcción de caminos (el cual puede ser construido inmediatamente al lado de
la zanja) o ser utilizado para el relleno de caminos y callejones existentes en el
predio.
En el caso de las estratas de arcilla, este material no constituye ningún
beneficio, y por lo tanto, debe eliminarse trasladándose a un lugar de botadero. Lo
ideal y recomendable es realizar la faena de excavación y traslado del material en
forma simultánea. En el Cuadro 7 se indican algunos estándares para el retiro del
material.
39
Cuadro 10.
Estándares de retiro del material excavado
Modalidad Rendimiento
Manual, con pala y carretilla con
retiro a 100 m de distancia
Rend. traslado tierra excavada = 6,75 m3/jornada
Rend. traslado ripio excavado = 3 m3/jornada
Mecanizada, con camión tolva y
descarga a 1 km de distancia
Rend. traslado tierra excavada = 38 m3/hr.
Rend. traslado ripio excavado = 32 m3/hr.
Fuente: Ven Te Chow. 1959. “Open Channel Hydraulics”.
Para las cubicaciones finales, debe considerarse el esponjamiento del material
al ser excavado, que corresponde a 30% para el ripio y un 50% para el suelo.
11.1.8. Cercado de zanjas
Para facilitar las labores de mantención, en toda la extensión de la red de
drenes colectores se deben instalar cercos a ambos lados de la zanja, a una distancia
de 3,5 m desde el borde del dren.
El cerco se construye utilizando estacones de pellín de 2,2 a 2,5 m de
longitud, y de 4 a 5 pulgadas de diámetro. Se instalan espaciados cada 3,5 m, con 4
corridas de alambre de púa clavado con grampas de 1 ½”. Los estacones se pintan
totalmente con una mano de aceite quemado, y en su extremo superior se pintan 25
cm con dos manos de óleo blanco.
40
Para todo el proceso de construcción de los cercos, desde el pintado de los
estacones, hincado en el terreno, colocación y tensión de los alambres, se utiliza
mano de obra semi-calificada, estimándose un requerimiento de 100 jornadas para la
construcción de 1 km de cerco doble de estas características (5 jornadas/100 m cerco
simple).
11.2. DRENES DE TUBERÍA
Como se indica en la Figura 8, estos drenes consisten en una tubería de
drenaje enterrada en una zanja y revestida por un material filtrante.
Figura 8.
Sección transversal de dren de tubería con envolvente de áridos
Fuente: Ven Te Chow. 1959. “Open Channel Hydraulics”.
Ven Te Chow (1959), estima que:
En remplazo de la combinación tubería-envolvente, se usar puede piedra (bolones o grava), ladrillos (liso o perforado) o materiales de origen vegetal (troncos, coligües, otros). Estas alternativas no tienen un comportamiento tan eficiente como la tubería de drenaje y envolvente, pero permite reducir considerablemente los costos. Las principales ventajas de los drenes de tubería, son que no rompen la continuidad de los potreros y sus bajos requerimientos de mantención, haciéndose los más recomendables. Sin embargo, la principal desventaja es su alto costo (p. 81).
41
11.2.1. Materiales de tuberías
Las tuberías de drenaje se encuentran disponibles en diversos materiales,
como plástico (corrugado o liso), arcilla y hormigón. La mayor ventaja de las tuberías
plásticas frente a las tuberías de hormigón y arcilla dice relación con su menor peso
por unidad de largo y facilidad de manejo. Esto tiene un impacto importante sobre
los costos de transporte e instalación.
Las tuberías de plástico de PVC o PV son las más frecuentemente utilizadas
en la actualidad, en sus versiones lisa y corrugada. Por lo general el PVC liso viene
en tuberías de 6 m, ranuradas o perforadas para que penetre el agua. El PVC
corrugado trae perforaciones incorporadas y se fabrica en rollos de 50 y 100 metros
de longitud.
Actualmente, para drenaje agrícola prácticamente sólo se utiliza tubería de
plástico corrugada, debido a su menor costo y sus facilidades de transporte e
instalación por su formato de fabricación en rollos. Estas tuberías se fabrican en
diferentes diámetros (50, 65, 100, 160 y 200 mm), la profundidad de la corrugación
varía entre 2,5 a 5,5 mm, el ancho de la corrugación entre 3 a 8 mm y el ancho de la
depresión de la corrugación o “valle” fluctúa entre 2,5 a 5 mm. Las perforaciones son
de 1,2 a 1,8 mm de ancho y de 3 a 5 mm de largo.
En dichas tuberías, el agua penetra a través de las perforaciones que se
encuentran en los valles de la corrugación, siendo más importante la distribución de
las perforaciones de la tubería que la cantidad total de éstas.
11.2.2. Diámetro de tuberías
Según Salgado, L. (2000), para determinar el diámetro de la tubería se utiliza
la fórmula de Manning, asumiendo que el flujo es a tubería llena pero sin presión. La
ecuación resultante es:
42
d = [ Q / ( So 1/2 ( 0,3117 / n ) ) ] 3/8
Donde:
d = diámetro interior de la tubería (m)
Q = Caudal de drenaje (m3/s)
n = Coeficiente de rugosidad de Manning (adm).
So = Pendiente de la rasante (m/m).
El valor del coeficiente de rugosidad de Manning (n) es generalmente un dato
entregado por el propio fabricante, como especificación técnica del producto, en el
respectivo catálogo. Si no se dispone de tal información pueden asumirse los valores
del Cuadro 8.
Cuadro 8.
Coeficiente de rugosidad de Manning según tipo de tubería.
Tubería Coeficiente n
Arcilla 0,013
Concreto 0,013
PVC liso 0,015
PVC corrugado 0,016
Fuente: Salgado, 2000.
En la Fórmula de Manning, se considera que la pendiente es la mínima dada a
la tubería para neutralizar la resistencia natural que ésta opone al flujo. Las
pendientes más usadas fluctúan entre el 1 y el 5 por mil. La FAO (1985) sugiere una
pendiente mínima del 0.5 por mil. El Bureau of Reclamation de Estados Unidos
recomienda un mínimo de 1 por mil para evitar sedimentación.
43
11.2.3. Envolventes
Se entiende por envolvente al material colocado alrededor de las tuberías de
drenaje con el propósito de cumplir una función filtrante, hidráulica o de
asentamiento del dren. La función filtrante dice relación con prevenir o disminuir el
ingreso de partículas al interior de la tubería donde pueden sedimentar y
eventualmente taparla.
La función hidráulica se refiere a crear un medio de alta permeabilidad
alrededor de la tubería para reducir la resistencia de entrada. La función de
asentamiento significa proveer un buen soporte a la tubería para prevenir daño por
efecto del peso del suelo. Las primeras dos funciones proveen una protección contra
dos principales consecuencias de una tubería mal alineada: obstrucción y alta
resistencia al flujo.
Existe una gran cantidad de materiales que pueden utilizarse como
envolventes que van desde materiales minerales y orgánicos a materiales sintéticos y
fibras minerales. Una breve revisión de ellos se presenta a continuación:
Gravas
Las gravas, maicillo y chancado muy fino pueden ser excelentes materiales
envolventes de tipo “voluminoso”, especialmente cuando se quiere tener un material
que cumpla tanto una función filtrante como hidráulica.
Materiales orgánicos
Existe una gran variedad de materiales orgánicos tales como fibras (coco),
turba y pajas (trigo, arroz, otros) y subproductos del procesamiento de la madera
(aserrín y viruta) que pueden ser utilizados como envolventes. Por lo general tienen
un buen comportamiento (Salgado y Parra, 1994), pero en el largo plazo pueden
44
fracasar debido a la descomposición sufrida por efecto de la acción de los
microorganismos.
Materiales sintéticos
Los materiales sintéticos pueden encontrarse a la forma granular (poliestireno)
o fibrosa (nylon, poliéster, polietileno o polipropileno). Estos últimos se conocen
con el nombre genérico de geotextiles y pueden ser tejidos o no tejidos.
11.2.4. Instalación de drenes de tubería
Este es uno de los aspectos más críticos que puede estar influyendo en el buen
comportamiento de las tuberías de drenaje instaladas en el país. Si no existe una
depurada técnica de instalación, todo el esfuerzo entregado en la determinación de
los parámetros y criterios de diseño puede verse malogrado en la fase final.
En países donde la técnica del drenaje es rutinaria y masiva, existen máquinas
altamente especializadas para la construcción e instalación simultánea. En nuestro
país, lo usual es primero la construcción de la zanja y luego la instalación de los
drenes.
La excavación de la zanja puede ser manual o mecanizada. La excavación
manual tiene la ventaja de ser un trabajo de terminación más fino y delicado, pero
cada vez más en desuso, en atención al aumento del costo de la mano de obra y la
baja velocidad de avance. La excavación mecanizada implica el uso de
retroexcavadoras que suelen ser de alto rendimiento, pero con baja calidad de
terminación. Por lo tanto, es recomendable un trabajo combinado de empleo de
maquinaria (para aumentar el rendimiento de la labor) y manual (para mejorar la
terminación de la labor), como se muestra en la Fotografía 3.
45
Fotografía 3. Instalación manual de tubería drenaje y envolvente de bolones.
En relación a la instalación de la tubería, es conveniente poner especial
cuidado en los siguientes aspectos: a) alineamiento (Figura 9A), b) uniformidad en la
pendiente (Figura 9B) y c) distancia homogénea entre tubos cuando se trata de
tuberías de cemento o arcilla (Figura 9C).
46
MATERIAL ENVOLVENTE
TUBERIA DRENAJE
Figura 9.
Problemas frecuentes producidos en la instalación de drenes: A) Alineación; B)
desuniformidad de la pendiente y C) espaciamiento entre tubos.
Fuente: Salgado, 2000.
11.2.5. Estructuras auxiliares
Toda red de drenaje bien concebida, en especial aquella que considera drenes
de tubería, requiere de una serie de estructuras especiales que permitan conectar,
proteger, inspeccionar y mantener adecuadamente la red. A continuación, se hace
47
y
una breve descripción de algunas estructuras, indicando sus principales características
constructivas.
11.2.6. Estructuras de salida
En el lugar donde las tuberías descargan en un colector de zanja, las paredes
de ésta se encuentran afectas a un proceso de erosión debido al caudal de salida. En
caso de tuberías de gran tamaño y que transportan un gran caudal, se recomienda
construir una estructura de albañilería como las indicadas en la Figura 10.
Figura 10.
Estructuras de salida en albañilería
Fuente: Salgado, 2000.
Una estructura particularmente útil a la salida de taludes y colectores de tubo
es la instalación de mallas o rejas que impidan el ingreso de roedores o aves pequeñas
(Figura 11). Esto evitará que dichos animales, una vez en el interior de la tubería, se
atasquen, no puedan salir, y en definitiva causen una obstrucción total.
48
Figura 11.
Estructuras de protección a la salida de tuberías
Fuente: Salgado, 2000.
11.2.7. Estructuras de conexión
Para conectar dos o más tuberías de distinto diámetro en una red de drenaje, se
recomienda la construcción de estructuras de conexión entre ellas. Si las tuberías son
de cemento o arcilla, se sugiere que en las partes de unión o conexión se construyan
cámaras de albañilería (Figura 12). En este caso las tuberías se encuentran por
encima del fondo de la cámara, produciendo un colchón de agua que junto con disipar
la energía permite la acumulación de sedimentos y su posterior eliminación.
49
Figura 12.
Estructuras de conexión e inspección.
Fuente: Salgado, 2000.
En relación a tuberías de plástico (liso o corrugado) los fabricantes ofrecen los
más variados tipos de conexiones que evitan la construcción de cámaras en cada
punto de unión. En todo caso, la construcción de una cámara puede ser de gran
importancia porque facilita la inspección y mantenimiento.
11.2.8. Cámaras de inspección
Uno de los problemas más importantes presentados en redes de drenaje
construidas íntegramente en tuberías, es la mantención. Esto obliga, por lo tanto, a
disponer de cámaras de inspección en puntos críticos a lo largo de la red donde sea
posible controlar su funcionamiento y realizar eventuales procedimientos de limpieza.
50
Una estructura como la indicada en la Figura 12 puede cumplir ambas funciones, esto
es, como estructura de conexión e inspección.
Una cámara de inspección, como su nombre lo indica, debe permitir ingresar
hasta la tubería para controlar su funcionamiento, como también, estar abiertas al
exterior. Generalmente se construyen en albañilería y su tapa superior puede ser de
madera u hormigón armado (Fotografía 4).
Fotografía 4. Cámara de inspección en albañilería.
Algunos criterios de distribución o ubicación de las cámaras en terreno
pueden ser: a) en todo lateral que excede 200 m de largo; b) en todo punto de unión
entre un lateral y colector de tubos; c) cuando los sedimentos en suspensión y/o
arrastre sean muy altos; d) donde se produzca un cambio de diámetro en la tubería y
e) donde se diseñan saltillos.
51
CAMARA DE INSPECCION
TUBERIA
Las cámaras de inspección y conexión pueden construirse en albañilería, de
sección cuadrada o rectangular. Las dimensiones máximas pueden ser entre 0.8 -1.0
m por lado. También se utilizan tuberías de cemento vibrado en un diámetro entre
0.8 y 1.0 m.
11.2.9. Cámaras de filtración
Las cámaras de filtración (Figura 13), son cámaras cilíndricas que contienen
bolones, conectadas en su fondo con la tubería de drenaje. Se ubican en el punto más
bajo de las depresiones con apozamientos, permitiendo un rápido ingreso del agua
hacia la tubería de drenaje.
Figura 13.
Cámaras de filtración
Fuente: Salgado, 2000.
52
11.3. DRENES EN V
Los drenes en “V”, son zanjas caracterizadas por poseer taludes amplios, que
fluctúan entre 8:1 y 10:1, permitiendo el libre tránsito de maquinaria y ganado. Es
una solución adecuada en sectores que presentan topografía ondulada, ya que
permiten mantener la continuidad de los potreros y adecuarse a la topografía natural.
Además, para disminuir al mínimo el movimiento de tierra es importante que la altura
de corte sea la menor posible. En la Figura 14, se presenta una sección transversal de
un dren en V y en la Fotografía 5 se muestra este dren en proceso de construcción.
Figura 14.
Sección transversal de dren en V.
Fuente: Salgado, 2000.
La mayor ventaja de la construcción de drenes en “V” es que, debido a la
amplitud de sus taludes, prácticamente quedan integrados a la topografía natural del
terreno, permitiendo el libre tránsito de ganado y maquinaria sobre ellos, y por lo
tanto, no rompen la continuidad de los potreros. Una vez que los taludes de los drenes
en “V” han sido cubiertos por vegetación, natural o artificial, ésta debe conservarse
en forma permanente, para asegurar su mantención y vida útil, por lo cual, no deben
ser cultivados.
53
Para el cálculo de las dimensiones de estos drenes, se aplica la misma
metodología que para cualquier zanja, utilizando la Fórmula de Manning.
11.4. DRENES INTERCEPTORES
Este tipo de drenes tienen como misión interceptar el flujo superficial y/o
subsuperficial de agua que se mueve en una determinada dirección y desviarlo de la
misma. Se emplean para aminorar o anular la recarga al área problema proveniente
de aportes laterales, es decir, para independizar el problema de la zona baja de la
fuente que está en la zona alta, haciéndolo dependiente sólo de su propia recarga.
En ocasiones, un dren interceptor resuelve íntegramente el problema de un
área cuando la totalidad o una elevada proporción del flujo son colectadas y desviado.
En tal caso, ésta constituye la única obra de drenaje a realizar en el sistema. El punto
próximo al cambio de la pendiente resulta el más adecuado para la instalación de un
dren interceptor. Este debe correr siguiendo la curva de nivel, aunque con algún
desvío, a fin de mantener a lo largo del mismo el desnivel mínimo que asegure el
normal escurrimiento del agua.
Otra condición importante es la proximidad de la estrata impermeable. En
efecto, un dren que se profundiza hasta esa estrata, prácticamente intercepta todo el
caudal. Si el tirante de agua es considerable, puede percolar a través del talud, en
sentido pendiente abajo, un gasto que obligue a la construcción de un segundo
interceptor. Si la barrera se encuentra a más de 5 m se hace difícil, constructiva y
económicamente, lograr efectividad, debiendo recurrirse a la instalación de dos o más
zanjas a determinada distancia una de la otra, y siempre que las favorables
condiciones topográficas y de suelo aún se mantengan.
En la Figura 15, se presenta un esquema que muestra el efecto del dren
interceptor en la disminución del nivel freático.
54
Figura 15.
Disminución del nivel freático debido a la acción de un dren de intercepción
Fuente: Salgado, 2000.
11.5. DRENES TOPO
11.5.1. Definición
Como se indica en la Figura 16, los drenes topo son galerías subterráneas de
aproximadamente 7,5 cm de diámetro, construidas en el interior del suelo, rodeadas
de fisuras periféricas.
Figura 16.
Corte transversal de un dren topo.
Fuente: Salgado, 2000.
55
Las fisuras periféricas que rodean la galería recolectan los excedentes hídricos
acumulados en la zona radicular, y por lo tanto, estas fisuras son la clave del éxito del
funcionamiento de dichos drenes. El propósito de los drenes no es controlar el nivel
freático, sino remover excesos de agua de la superficie o de la parte superior del
suelo. Por lo tanto, los drenes topo pueden ser considerados como un sistema
intermedio entre un sistema de drenaje superficial y uno subsuperficial.
Estos drenes descargan en la zanja colectora debido a la gravedad, y por lo
tanto, deben tener pendiente positiva en dirección a la zanja. Además, para su
construcción y prolongación de su vida útil, se requiere un contenido mínimo de
arcilla de 20% en la zona de la galería.
11.5.2. Implemento usado para la construcción de drenes topo
El implemento utilizado para construir los “drenes topo”, se conoce con el
nombre de “arado topo”. En el Sur de Chile, es una maquinaria de uso frecuente en
aquellos predios con limitaciones de mal drenaje, existiendo una gran diversidad de
tipos y adaptaciones de dicho implemento, pero es posible distinguir dos versiones,
descritos a continuación:
11.5.3. Arado topo sin barra de tiro, de acople al sistema hidráulico de
tres puntos del tractor
Como se indica en la Figura 17, este modelo es básicamente un subsolador
modificado, al cual se le ha adicionado un balín expandidor, que generalmente es una
esfera o cilindro de metal.
56
Figura 17.
Arado topo sin barra de tiro.
Fuente: Salgado, 2000.
Como se muestra en la Figura 18, este modelo posee una importante
desventaja. Debido a que está directamente conectado al sistema de tres puntos, el
implemento queda a una corta distancia de las ruedas traseras del tractor, y por lo
tanto, se trasmiten al eje longitudinal del dren topo todos los movimientos de
oscilación de las ruedas en su contacto con el microrrelieve del suelo. Esto provoca
una importante pérdida de linealidad del eje longitudinal, repercutiendo en una
deficiencia para el escurrimiento del agua al interior del dren topo. Por la desventaja
explicada anteriormente, no se recomienda el uso de este modelo.
Figura 18.
Efecto de la barra de tiro en la linealidad del dren topo.
57
11.5.4. Arado topo con barra de tiro
Como se muestra en la Fotografía 6, esta versión consta básicamente de una
barra de tiro, una hoja subsoladora, un cilindro de penetración o “torpedo”, un balín
expandidor y un par de patines estabilizadores frontales, que puede ser accionado
mediante tracción mecánica o animal.
Fotografía 6. Arado topo con barra de tiro.
En el caso de tracción mecánica, el acoplamiento al tractor es mediante el
sistema de tres puntos, y en el caso de tracción animal, el implemento es de tiro,
mediante una cadena, y se agrega en el modelo, una mancera doble para su operación.
La principal ventaja de este modelo, es que mediante la barra de tiro se anula en un
grado importante la replicación del microrrelieve en el eje longitudinal del dren topo
(Figura 18).
58
BARRA DE TIRO
BALIN EXPANDIDOR
PATINES ESTABILIZADORES
BALIN DE PENETRACION
HOJA SUBSOLADORA
11.5.5. Construcción de drenes topo
Las fisuras periféricas que rodean la galería recolectan los excedentes hídricos
acumulados en la zona radicular, y por lo tanto, estas fisuras son la clave del éxito del
funcionamiento de dichos drenes. Al realizar la labor, estas grietas periféricas son
producto de la acción de la hoja subsoladora y el balín expandidor del impacto sobre
el suelo. Además, es de vital importancia la linealidad longitudinal de la galería, lo
que facilita el obtener una pendiente uniforme y una menor rugosidad interna,
permitiendo maximizar el caudal que descargan estos drenes.
Estas dos características, se obtienen por una parte, con el uso de un adecuado
implemento para la construcción de los drenes, y por otro lado, se requiere considerar
normas para la correcta ejecución de la labor. Previo al inicio de la labor de
construcción de los drenes topo, debe procederse a la regulación del implemento,
distinguiéndose tres tipos de regulación:
1) Regulación de horizontalidad de la barra de tiro. Consiste en que la barra
de tiro debe estar paralela a la superficie del suelo durante la ejecución de la labor.
2) Regulación del ángulo de ataque de la hoja subsoladora. Esta debe quedar
con un ángulo ligeramente mayor a 90º (aproximadamente 95º) con respecto a la
barra de tiro, de tal manera que durante la labor no tienda a enterrarse ni a salirse
hacia la superficie, quedando en un punto de equilibrio.
3) Regulación de verticalidad de la hoja subsoladora. Debe quedar en una
posición totalmente vertical y perpendicular a la superficie del suelo, para disminuir
el roce de éste con las paredes de la hoja subsoladora, que tiende a hacer salir la hoja
a la superficie. Además, una posición vertical permite realizar un corte del suelo de
mayor impacto, con un mínimo esfuerzo de tracción durante la labor.
Los parámetros de diseño y construcción más importantes para los drenes
topo son:
59
- Época de construcción.
- Velocidad de avance.
- Espaciamiento entre pasadas.
- Profundidad de la galería.
En el Cuadro 9 se presenta un resumen de las recomendaciones técnicas para
construcción de drenes topo.
Cuadro 9.
Recomendaciones técnicas para la construcción de drenes topo
PARÁMETRO EXPLICACIÓN RECOMENDACIÓN
Época de
construcción
En zona de grietas, debe haber humedad
cercana a suelo seco, para que éstas no se
cierren.
En zona de galería debe existir suelo friable
para garantizar estabilidad de la galería.
Posterior a la labor, debe haber período de
“fraguado” de grietas.
Término de primavera a
comienzos de verano,
aproximadamente el mes de
Diciembre, en la X Región.
Velocidad de la
labor
La rapidez de la rotura del suelo debe anular
la elasticidad que tiende a cerrar las grietas.
El roce del implemento debe producir calor
para fraguar las paredes internas de la
galería.
3 km/hr, equivalente a
marcha primera lenta del
tractor, o el tranco de una
persona caminando
normalmente.
60
Espaciamiento
entre pasadas
Lograr traslape horizontal de grietas entre
dos pasadas consecutivas (Figura 19)
2 m
Profundidad de
la galería
Galería debe quedar en zona con mínimo
20% de arcilla.
Grietas deben alcanzar la zona radicular.
Evitar daño por pisoteo animal.
40 a 60 cm
Rojas, R. (1984). Drenaje Superficial en Tierras Agrícolas.
Figura 19.
Selección del espaciamiento entre drenes topo.
Rojas, R. (1984). Drenaje Superficial en Tierras Agrícolas.
61
11.5.6. Alternativas de descarga del dren topo a colectores.
Las alternativas más comunes son:
a) Salida directa a una zanja abierta de una profundidad tal que garantice
la caída libre de aguas desde los drenes, como se indica en la Fotografía 7.
Fotografía 7. Drenes topo descargando a zanja.
b) Descarga a una zanja de relleno donde se ha instalado previamente un
dren de tubo con abundantes piedras y grava como material envolvente que actúa
como colector, como se indica en la Figura 20.
Figura 20.
Descarga de dren topo en tubería de drenaje.
62
La primera alternativa es recomendable en suelos planos y donde la
construcción de zanjas abiertas no represente dificultades. La segunda alternativa es
particularmente útil en suelos que presentan depresiones localizadas, en cuyo caso el
dren entubado se ubica en el punto más bajo y los drenes topo se trazan
perpendicularmente a lo largo de la tubería.
12. INTERVENCION DE CAUCES NATURALES
En todo proyecto de drenaje debe analizarse el cauce evacuador de las aguas
para decidir si es necesaria su intervención. Esta situación se presenta cuando el
tamaño de su sección o condiciones de limpieza no aseguren la conducción de los
caudales adicionales que surgen de una red de drenaje, y que además, eventualmente
se produzcan inundaciones del terreno ribereño por la salida del agua.
En algunos casos, la importancia de la intervención de los cauces naturales es
de primer orden, ya que debido a la baja densidad geográfica, reducida pendiente y
sección transversal y su estado de embancamiento y obstrucción por vegetación, éstos
no cumplen con la función de evacuar los excesos de lluvia del área, y al contrario,
constituyen un importante impedimento a esta necesidad. Por lo tanto, dependiendo
de la gravedad del problema, a veces es necesario el control de inundaciones, la
limpieza, el enderezamiento y el aumento de la sección de conducción de los cauces
naturales existentes en la zona del proyecto.
12.1. CONTROL DE INUNDACIONES
Si bien este tema puede considerarse no directamente relacionado con el
drenaje, no es menos cierto que en muchos terrenos ésta es la razón principal de los
problemas de drenaje que se presentan. Tal es el caso de las terrazas bajas adyacentes
a ríos y esteros. La solución de un problema de esta naturaleza consiste en la
construcción de obras de ingeniería que impidan el desbordamiento de los ríos o
63
esteros causantes de la dificultad. Las obras más comunes son los diques y muros de
contención.
12.1.1. Diques
Los diques son muros de tierra levantados en los márgenes de los ríos que
permiten aumentar la capacidad natural del estero e impedir que el agua ingrese a las
áreas bajas adyacentes. La Figura 21, muestra un dique y las formas más
tradicionales de elevar su altura bajo condiciones críticas.
12.1.2. Muros de contención
Los muros de contención son, por lo general, obras de hormigón, albañilería o
madera, destinados también a aumentar la capacidad de porteo del río e impedir que
el agua ingrese a los terrenos circundantes. En la Figura 22, se muestran diferentes
tipos de muros que pueden construirse.
Figura 21.
Diques de contención (Schwab, G. y otros, 1981).
64
12.2. LIMPIEZA DE CAUCES NATURALES
La labor de limpieza consiste en la extracción de sedimentos, despeje y retiro
de toda la vegetación existente sobre el ancho de corte de los cauces, ya sean malezas,
matorrales, o árboles de diverso tamaño. Esta labor es realizada sobre el lecho de los
cauces, utilizando una excavadora oruga.
La labor de limpieza de árboles no es efectuada mediante tala, sino que a
través del volteo de los árboles utilizando el brazo de la excavadora. Esto se consigue
fácilmente, debido a que el arraigamiento de árboles en el lecho de los cauces es de
tipo superficial. Posterior al volteo de los árboles, se arrastran y levantan los
matorrales y árboles derribados, utilizando conjuntamente el brazo y el balde de la
excavadora.
12.3. AMPLIACIÓN DE CAUCES NATURALES
Para el cálculo de la excavación en cauces naturales, debe considerarse que
existe una sección actual, la cual será ampliada. Por lo tanto, la sección de
excavación corresponde a la diferencia entre la sección futura y la sección actual del
cauce.
El cálculo de las secciones y dimensiones de los cauces naturales ampliados,
se rige por la misma metodología utilizada en el caso de zanjas de drenaje, es decir, la
fórmula de Manning. En suelos ñadis, el valor del talud corresponde a 0 :1, ya que
los cauces tienen su sello en el sustrato fluvioglacial cementado, que permite este
talud vertical.
Al igual que la labor de limpieza, dicha labor se realiza sobre el lecho de los
cauces, utilizando una excavadora. En el Cuadro 10 se presentan las características y
los estándares para limpieza y ampliación de cauces naturales.
66
Cuadro 10.
Estándares limpieza y excavación de cauces naturales
Medio Etapa Rendimiento
Excavadora Oruga
Modelo 200
133 HP potencia
nominal
Balde 1200 mm
ancho y 0,93 m3
capacidad
Limpieza
de Cauce
Natural
Condición de obstrucción severa = 315
m2/hr
Condición de obstrucción normal = 450
m2/hr
Condición de obstrucción favorable = 585
m2/hr
Excavación
de Cauce
Natural
30 – 40 m3/hr.
Fuente: Schwab, G. y otros, 1981.
13.- MANTENCION DE OBRAS DE DRENAJE
La mantención de sistemas de drenaje, es un aspecto al que generalmente se
atribuye menor importancia de la que se merece. En la mayoría de los casos, es un
compromiso descuidado y muchas veces olvidado por completo. Lamentablemente es
frecuente constatar el deplorable estado de funcionamiento y conservación de obras
de drenaje en las que se han invertido cuantiosos recursos, situación inaceptable
desde todo punto de vista, como se muestra en la Fotografía 8.
67
Fotografía 8. Zanja de drenaje en pésimas condiciones de mantención.
Por lo anterior, es necesario reafirmar, recordar e insistir en la importancia de
la mantención de las obras, de tal manera que sean asumidas como una obligación
ineludible que debe ser cumplida permanentemente por los usuarios.
Existen dos objetivos de gran importancia perseguidos con la mantención de
las obras. Por una parte, la adecuada mantención asegura permanencia de las
propiedades hidráulicas del sistema, es decir, permite que las obras funcionen
adecuadamente descargando los caudales para las que fueron diseñadas. Por otro
lado, es obvio que solamente con una adecuada mantención es posible resguardar las
inversiones realizadas en las obras, optimizando la vida útil de éstas, protegiendo y
haciendo más eficiente el uso de los recursos.
13.1. MANTENCIÓN DE ZANJAS
Las labores de mantención a realizar en zanjas colectoras se recomienda
efectuarlas previamente a la época de lluvias, durante el período estival, con
frecuencia de una vez por temporada.
68
13.1.1. Extracción de sedimentos
Una vez finalizada la temporada de drenaje, los caudales comienzan a
disminuir en cantidad y velocidad, de tal manera que progresivamente se van
depositando sedimentos en el sello o fondo de la zanja. Por otro lado, en plena
temporada de drenaje, las altas velocidades que suelen alcanzar los caudales,
posibilitan el arrastre de objetos (troncos, ramas, piedras, restos de derrumbes, otros),
los cuales luego se depositan en puntos de cambio de dirección o de menor velocidad,
lugares en donde progresivamente se van acumulando.
La extracción de estos depósitos, dependiendo de la longitud total y del
tamaño de la zanja, puede realizarse manualmente, con palas, o bien utilizando
excavadoras con un tipo de balde apropiado para la labor.
13.1.2. Corte de vegetación de berma, talud y sello de la zanja
Las adecuadas condiciones de humedad y estado de permanente rezago que
existe en la berma, taludes y sello de la zanja, producen condiciones favorables para
el crecimiento de la vegetación en dichos sitios.
La labor de control de esta vegetación puede realizarse en forma manual
usando herramientas cortantes (rozones, guadañas, machetes, otros); en forma
mecanizada, ya sea con herramientas mecánicas manuales como una desbrozadora, o
con el uso de implementos accionados con tractor, como una barra segadora lateral
angulable. También pueden utilizarse herbicidas químicos de contacto como
Gramoxone o sistémicos como Round-up.
13.1.3. Reparación de cercos
La presencia de un cerco a ambos lados de la zanja es imprescindible para
asegurar una adecuada mantención de ésta. Por lo tanto, debe realizarse
69
periódicamente una inspección del estado de conservación de los cercos y al
detectarse un desperfecto, debe procederse de inmediato a su reparación.
Según Rojas, R. (1984):
El principal daño que ocasiona la ausencia de cerco o un estado deficiente de éste, es la destrucción del talud de la zanja debido al pisoteo de animales de pastoreo, los que se aproximan a la zanja para abrevar y consumo de la vegetación existente. Este daño suele ser tan severo, que al cabo de algunos años prácticamente se produce la destrucción total de la zanja (p. 113).
Por otro lado, un buen cerco es también garantía de seguridad para los
animales, ya que al impedir su paso, se evita que aquellos de peso considerable, como
los bovinos, puedan perecer ahogados o asfixiados al caer dentro de una zanja; más
aún si ésta es de un tamaño considerable.
En la inspección de los cercos, debe revisarse el estado de los estacones,
reemplazando aquellos que se encuentran quebrados o podridos. También se debe
revisar la fijación y tensión del alambre. Para asegurar una mayor vida útil de los
estacones, se recomienda impregnarlos, o pintarlos con aceite quemado.
13.1.4. Inspección y limpieza de alcantarillas
Cuando las zanjas deben cruzar un camino es necesario construir una
alcantarilla. Es frecuente que estas alcantarillas se construyan sin cámaras de
decantación, razón por la cual al cabo de unos años presentan una gran acumulación
de material depositado en su interior. Esto es difícil de limpiar y reduce en forma
importante la sección de flujo.
Las cámaras de decantación son receptáculos rectangulares instalados al inicio
y final de la alcantarilla (en cada extremo) y cuyo fondo se ubica por debajo del sello
de ésta. Así al bajar la velocidad del agua en este punto, se produce la decantación de
las partículas en suspensión.
70
Por lo tanto, para asegurar la adecuada mantención de las alcantarillas y
resguardar de esta manera que no se conviertan en un obstáculo para la red de zanjas,
se deben instalar cámaras de decantación al inicio y al final de la alcantarilla, y
proceder a la extracción de los sedimentos todos los años.
13.2. MANTENCIÓN DE DRENES DE TUBERÍA
Las labores de mantención en drenes de tubería se recomienda efectuarlas
previo a la época de lluvias, durante el período estival.
13.2.1. Remoción de sedimentos del interior de las tuberías
No obstante el uso de material filtrante y de estructuras de mantención, con el
transcurso del tiempo los drenes subterráneos disminuyen su eficiencia, lo cual puede
deberse a:
Sedimentación de materiales finos del suelo, como arena fina y limo.
Obstrucción por raíces de los cultivos, situación que es más frecuente en
cultivos permanentes de arraigamiento profundo.
Obstrucción por depósitos químicos, como óxidos de Fierro no soluble.
Cuando ocurren tales problemas, la eliminación de estos depósitos, se realiza
mediante las siguientes labores:
a) Raspado, mediante escobillas accionadas en forma manual o mecánica.
Al interior de la tubería, se introducen varillas con suficiente rigidez y
flexibilidad, que permitan realizar un raspado de las paredes internas de los drenes,
mediante escobillas adosadas en sus extremos. Esta técnica posee la limitación de no
permitir una gran longitud de limpieza, razón por la cual su uso se ha discontinuado.
71
b) Lavado con agua a alta presión, utilizando una bomba inyectora.
Este método consiste en la introducción de una manguera en el interior de la
tubería, que en su extremo inicial consta de una boquilla que posee salidas en
diferentes direcciones, que expulsa el agua a gran velocidad.
Una de las salidas de la boquilla es un chorro lineal frontal, que va
impactando y desagregando los depósitos de material; y la otra salida consiste en un
cono proyectado en sentido inverso, y que al impactar la pared interna de la tubería,
genera una fuerza de reacción que va provocando el avance de la manguera, y
produciendo el flujo de salida para el arrastre del material en suspensión hacia el
exterior de la tubería. Esta manguera es presurizada mediante una bomba que inyecta
la presión necesaria.
c) Empleo de gas anhídrido sulfuroso.
Cuando las aguas de drenaje poseen altas concentraciones de óxidos de fierro,
existe el riesgo de acumulación de óxidos férricos no solubles en las paredes internas
de las tuberías, que eventualmente podrían provocar la obstrucción de éstas.
Para la remoción de dichos óxidos férricos no solubles se recomienda inyectar
anhídrido sulfuroso en la forma de gas, que transforman estos agregados férricos en
un compuesto ferroso soluble eliminados con las aguas de drenaje.
13.2.2. Inspección, limpieza y reparación de estructuras
También es importante inspeccionar el estado en que se encuentran las
estructuras instaladas conjuntamente con las tuberías, en especial las cámaras de
inspección y las salidas de tubería. En ellas debe procederse a su limpieza y
reparación en caso de ser necesario. Para ambas estructuras, se recomienda su
protección con un cerco, manteniéndolas siempre con la vegetación cortada.
72
13.3. MANTENCIÓN DE CAUCES NATURALES
Las labores de mantención a realizar en los cauces naturales se recomienda
realizarlas durante la época de menor caudal, correspondiente normalmente a la
primera quincena de marzo, con una frecuencia aproximada de dos años.
13.3.1. Limpieza de sedimentos y restos de materiales y árboles
acumulados en la sección del cauce
Durante el período de crecidas, es frecuente que los cauces transporten
diversos materiales y objetos (ramas, troncos, piedras, basura, otros), debido a las
altas velocidades y caudales producidos en estos eventos. Dependiendo de las
características de la sección y de los accidentes naturales presentes a lo largo del
cauce, en algunos puntos se van depositando y acumulando estos materiales, lo cual
al final del período de crecidas produce áreas propicias para la sedimentación.
Estima Rojas, R. (óp. cit., 1984), que:
En muchos casos, esto se ve agravado por la continuación de cercos en la sección del cauce, en aquellas propiedades que poseen terrenos a ambos lados de éste, lo cual se hace aludiendo a la necesidad de evitar el ingreso de los animales de los vecinos hacia el interior de las propiedades. Estos cercos instalados dentro del cauce, actúan como verdaderas redes de intercepción de objetos en las crecidas, generando acumulaciones que se transforman en graves obstáculos para el escurrimiento de las aguas. Obviamente, por las razones expuestas, debe evitarse la instalación de dichos cercos dentro del cauce, o bien retirar periódicamente los materiales acumulados (p. 119).
Para la extracción de los sedimentos y los materiales acumulados,
generalmente es recomendable realizar esta labor en forma mecanizada, mediante el
uso de una excavadora. No obstante, es posible desarrollarlo manualmente,
utilizando tracción animal con carretas para el retiro del material.
73
13.3.2. Control de vegetación en las riberas
Con el transcurso del tiempo, y debido al favorable contenido de humedad, en
la ribera de los cauces se va desarrollando abundante vegetación, tanto herbácea
como arbustiva y arbórea. Si no se controla este crecimiento, al cabo de algunos años
la vegetación se desarrollará también en la sección del cauce, produciendo una
disminución de la velocidad del agua por un aumento de la rugosidad, reduciendo la
capacidad de conducción. Sin embargo, es recomendable mantener la ribera con
presencia de vegetación, ya que actúa como protección a la acción erosiva del caudal
durante las crecidas.
Por lo tanto, en lo referente al control de la vegetación, la mantención de las
riberas debe realizarse sólo con el objeto de impedir que ésta se desarrolle hacia el
interior de la sección, pero debe mantenerse el máximo de vegetación presente en la
ribera propiamente tal. Por ser esta labor bastante selectiva y controlada, se
recomienda realizarla en forma manual utilizando herramientas cortantes (rozones,
guadañas, machetes, otros) o utilizando herramientas mecánicas manuales, como una
desbrozadora.
74
CONCLUSIONES
El drenaje agrícola es el conjunto de obras que es necesario construir en una
parcela cuando existen excesos de agua sobre su superficie o dentro del perfil del
suelo, con el objeto de desalojar dichos excedentes en un tiempo adecuado, para
asegurar un contenido de humedad apropiado para las raíces de las plantas y
conseguir así su óptimo desarrollo.
Existen fundamentalmente dos tipos, superficial y subterráneo. El drenaje
superficial, también llamados por inundación, anegamiento o encharcamiento de los
terrenos, que se caracteriza por la presencia de una capa o lámina de agua sobre la
superficie del terreno que satura la parte superior del suelo. Esta capa de agua puede
cubrir solo las partes más bajas de una parcela, formando charcos más o menos
aislados. Cuando se remueven los excesos de agua que se acumulan sobre la
superficie, se habla de drenaje superficial.
Los problemas de drenaje superficial se dan con mayor frecuencia en zonas
húmedas, cuando se rebasa la capacidad natural de drenaje de los suelos, ya sea
superficial, interna o ambas.
El drenaje subterráneo, también conocido como interno o subsuperficial, que
se caracteriza por la presencia de un manto freático cercano a la superficie del terreno
que satura el perfil del suelo y propicia una humedad muy alta en la zona de
desarrollo de las raíces de los cultivos. Cuando se remueven los excesos de agua de
una cierta profundidad del suelo, se habla de drenaje subterráneo.
Los problemas más importantes de drenaje interno se dan en zonas áridas y
semiáridas bajo riego, en donde existen fuertes filtraciones en canales o en las
parcelas que alimentan los niveles freáticos; lo que combinado con una red de drenaje
insuficiente o ineficiente, propicia la elevación de los mantos freáticos.
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En general, las causas de los problemas de drenaje son de dos tipos, por su
origen (natural o artificial) y por su tipo de actividad (activa o pasiva). Las causas
calificadas como naturales son más frecuentes en las zonas húmedas, mientras que las
artificiales ocurren más frecuentemente en las zonas áridas de riego.
Las causas activas están relacionadas con aportaciones abundantes de agua, ya
sean naturales (lluvias intensas, desbordamientos, inundaciones, entre otras) o
artificiales (riegos). Las pasivas son cuando existen impedimentos generalmente
naturales para desalojar dichos excesos de agua, ya sean topográficos, suelos poco
permeables, restricciones del perfil del suelo, entre otros, aunque también pueden ser
artificiales, como obstrucciones de diferente tipo, red de drenaje inadecuada,
azolvamiento, entre otros.
Para evaluar la gravedad de un problema de drenaje, ambas causas deben ser
analizadas conjuntamente, lo cual en términos cualitativos se explica con relativa
facilidad, pero se complica considerablemente cuando se pretende explicar en
términos cuantitativos. Por ejemplo, una recarga dada puede no producir problemas
de exceso de agua si no se tienen impedimentos para su salida y en cambio, la misma
recarga con dificultades para desalojarse producirá un problema.
Los problemas de drenaje se presentan cuando las inundaciones superficiales
asfixian a los cultivos, debido a que el aire es reemplazado por el agua. Esto evita
toda posibilidad de provisión de oxígeno y afecta también a la actividad biológica y al
mismo suelo. Además, internamente reduce el volumen de suelo disponible para las
raíces, afectando la aireación y el desarrollo radicular, por lo que se disminuye la
capacidad de absorción de agua y nutrientes de la mayoría de las plantas.
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