CLASE 09:SISTEMAS DE DRENAJE-----------------------------1.FORMULA DE DONNAN:---------------------El flujo hacia los drenes es permanente-El flujo es solamente horizontal-El suelo es mas o menos h9omogeneo en toda su profundidad hasta la capa freatica-Hay un sistema de drenes paralelos infinito en ambas direcciones-La recarga es distribuida uniformemente.2.FORMULA DE HOOGHOUDT:------------------------El flujo hacia los drenes es permanente-El flujo es horizontal y radial-El suelo esta constituido por dos estratos, encontrandose los drenes en la interfase de dos estratos.-La recarga es distribuida homogeneamente.2.1 ESTRATO EQUIVALENTE:-------------------------Con el parametro d, espesor del estrato equivalente, Hoou en su formula introdujo el factor de la resistencia radial que ocurre en la zona cercana al dren, la cual se calcula mediante la formula: VER FORMULARIO.-P=perimetro mojadao del dren, para tuberias p=pi*r.3 DIAGNSTICO DEL DRENAJE:-----------------------------La red de drenaje debe disearse para garantizar la evacuacion de los excesos en el menor tiempo posible.3.1COMPONENTES DE UN SISTEMA DE DRENAJE:------------------------------------------Un sistema de drenaje parcelario, que impide el encharcamiento del terreno y/o regula el nivel fretico. Est constituido por drenes de parcela o laterales.-Una red principal de drenaje, que transporta el agua fuera del rea agrcola. Est constituido por drenes colectores y/o principales.-Una salida, que es el punto por lo que el agua drenada desagua fuera de la zona.DATOS: -La funcin de los drenes colectores, es recoger el agua de los drenes de parcela y transportarlas a los drenes principales. Los drenes principales tienen la funcin de transportar el agua fuera de la zona.-Cuando los drenes de parcela son tubos enterrados y todos ellos descargan a un dren colector abierto, se denomina sistema de drenaje singular. Cuando los drenes de parcela y los drenes colectores son tubos enterrados, se denomina sistema de drenaje compuesto.-En sistemas de distribucin regular, los trazados de tipos de sistemas regulares tipo rejilla (laterales perpendiculares al colector) o del tipo de espina de pescado (laterales que forman ngulos agudos con el colector), son apropiados en parcelas bastante homogneas con necesidades de drenaje mas o menos uniforme.-Para drenar zonas hmedas aisladas o captar manantiales, pueden ser instalados sistemas de trazado irregular o el azar, pudindose emplear la combinacin de tipos. Las circunstancias locales determinan el sistema apropiado.3.2 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CAPA DE AGUA FRETICA:-------------------------------------------------------La precipitacin y otras fuentes de recarga.-La evaporacin y las descargas de otro origen.-Las propiedades de los suelos.-La profundidad y el espaciamiento de los drenes.-La superficie de la seccin transversal de los drenes.-El nivel del agua en los drenes.3.3 CARACTERSTICAS DE LOS DOS TIPOS DE DRENAJE:------------------------------------------------A)SISTEMA DE DRENAJE SUPERFICIAL:----------------------------------Son obras que se realizan sobre la superficie del terreno, para propiciar el escurrimiento por gravedad de los excesos de agua a velocidades no erosivas y que tampoco cause problemas de sedimentacion, asi como para interceptar y desviar el agua que se dirige hacia la parcela desde terrenos colindantes mas altos.-Las condiciones que se presentan para que ocurra este tipo de problemas son:--Precipitaciones de alta intensidad--Baja velocidad de infiltracion del agua en el suelo.--Poca pendiente de los suelos que no propicia al escurrimiento.-El sistema de recoleccion del agua puede ser uno o o varias obras:--Nivelacion y emparejamiento o conformacion de la superficie del terreno, con el fin de suprimir las hondonadas o depresiones que acumulen agua o bien dando pendientes suaves al terreno.--surcos profundos y con pendiente continua hacia una zanja conectada con los colectores de drenaje.--Zanjas, canales o desagues, ya sean para interceptar, captar y desalojar e agua.--Bordos para proteccion o encauzamiento del agua hacia las zanjas colectoras.--se complementa con drenaje subterraneo entubado.--Colectorees de drenaje--Pozos de absorcion o drenaje vertical--una combinacion de las anteriores.B) SISTEMA DE DRENAJE SUBTERRANEO:-----------------------------------Consiste de obras que se construyen bajo la superficie del suelo, para captar y desalojar excesos de agua derivados de filtraciones o de niveles freaticos elevados.-Pueden ser drenes interceptores colocados perpendicularmente transversalmente a las linea de corriente para recoger los flujos de agua libre y drenes colectores o de desague.-TIPOS DE DRENAJE SUBTERRANEO:--zanjas abiertas profundas--zanjas profundas cubiertas con filtros de grava, arena, asi como tubos.--Drenes internos cilindricos o tubulares sin revestimiento:drenes topo.--Drenes internos cilindricos revestidos o drenaje entubado.3.4 FORMAS DE DRENAJE----------------------Los canales, zanjas, bordos y drenes subterraneos pueden construirse de 3 formas:-En paralelo en terrenos casi planos con topografia uniforme-Con pendiente cruzada que siguen el contorno de la pendiente en terrenos moderadamente inclinados de topografia irregular (espina de pescado)-Localizado para drenar las depresiones donde existen encharcamientos en terrenos relativamente planos de topografia ondulada.3.5 DISTRIBUCIN DE PLANOS DE ESCURRIMIENTO Y DESAGES EN TERRENOS DRENADOS:-Sin pendiente.-con pendiente3.6 PROFUNDIDAD DE LA CAPA FRETICA PARA CADA CULTIVO:-------------------------------------------------------La profundidad ptima de la napa fretica es la que no ocasiona disminucin en la produccin de los cultivos.-La profundidad ptima es la que origina una mayor relacin beneficio/costo.3.6.1 Profundidad de las races:---------------------------------Profundidades freticas: suelos de textura fina entre 60 y 80 cm y suelos arenosos, entre 40 y 60 cm. Los trboles necesitan profundidades de 70 a 90 cm.-En el caso de hortalizas se recomiendan las profundidades: Lechuga, fresas: 40-50 cm; cebolla, guisantes, zanahoria, col: 60 cm; judas, pimientos: 70-80 cm.3.7 TIPOS DE DRENES DE UN SISTEMA DE DRENAJE:--------------------------------------------a)drenes abiertos: zanjasb)drenes topo: conducciones subterrneas sin revestirc)drenes enterrados: tuberas de arcilla, hormign, PVC, situados a una cierta profundidad dentro del suelo.3.7.1 DRENES DE ZANJA:-----------------------VENTAJA: a)permiten la recepcin de la escorrenta superficial (drenaje superficial)b)permiten una fcil inspeccin y los gradientes que requiere para el transporte de agua es mucho menor que en los drenes enterrados-DESVENTAJA:a)Prdida de terrenos para el cultivob)Interferencia con los sistemas de riegoc)Divisin del terreno en pequeas parcelas que dificulta las labores agrcolasd)Altos costos de mantenimientoe)Impactos ambientales negativos relacionados con la salubridad.TALUDES:----------Es importante tomar en consideracin los taludes (Z) indicados para evitar el derrumbe de los mismos; as mismo, considerar en el diseo el ancho de la base de la zanja b = 1m cuando la construccin es manual.-Para evitar sedimentacin y secciones hidrulicas muy grandes, se recomienda que la pendiente de la zanja (S) tenga un valor mnimo de 0.1%. As mismo, para evitar la socavacin y erosin del dren, se debe evitar las pendientes excesivas. VELOCIDAD MNIMA PERMISIBLE:----------------------------La velocidad a la que no se produce sedimentacin depende del material transportado por el agua.-En la prctica para asegurar arrastre de limos, la velocidad debe ser mayor a 0.25 m/s y para arenas superior a 0.50 m/s.3.7.2 DRENES TOPO:-------------------Los drenes topo son conductos subterrneos no revestidos, consistentes en galeras de aproximadamente 7.5 cm de dimetro, la cual se encuentra rodeada de fisuras en forma perifrica.-Con este mtodo se puede reducir la saturacin de la capa superior del suelo, aumentando el flujo de drenaje por gravedad hacia los drenes de parcela colectores.-Los drenes topo no tienen el propsito de controlar el nivel fretico como es el caso de los drenes de parcela, razn por lo cual puede considerarse como un sistema intermedio entre el drenaje superficial y subsuperficial. Este mtodo es apropiado para suelos pesados.-Se ditinguen tres tipos de regulacin:a)Regulacin de horizontalidad de la barra de tiro: -Consiste en que la barra de tiro debe estar paralela a la superficie del suelo durante la ejecucin de la labor. b) Regulacin del ngulo de ataque de la hoja subsoladora: -Esta debe quedar con un ngulo ligeramente mayor a 90 (aproximadamente 95) 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.c) Regulacin de verticalidad de la hoja subsoladora: -Debe quedar en una posicin totalmente vertical y perpendicular a la superficie del suelo, para disminuir el roce de ste con las paredes de la hoja subsoladora, que tiende a hacer salir la hoja a la superficie. Adems, una posicin vertical permite realizar un corte del suelo de mayor impacto, con un mnimo esfuerzo de traccin durante la labor.RECOMENDACIONES TCNICAS PARA LA CONSTRUCCIN DE DRENES TOPO:--------------------------------------------------------------*Parametro: Epoca de la construccion y velocidad de labor:(3 km/hr)-En zonas de grietas debe haber humedad cercana a suelo seco.-En la zona de la galeria se debe garantizar la estabilidad.-Posterior a la labor, debe haber periodo de fraguado de grietas.-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 las galerias.*Parametro:Espaciamiento entre pasadas (2m)-Lograr traslape horizontal de grietas entre dos pasadas consecutivas.*Profundidad de la galeria (40-60 cm):-Galeria debe quedat en zona con minimo 20% de arcilla.-Las grietas deben alcanzar la zona radicular.-Evitar dao por pisoteo animal. 3.7.3. DRENAJE CON TUBERAS:----------------------------Al disear un sistema de drenaje con tuberas, se debe analizar los siguientes aspectos:a)Espaciamiento y profundidad de los drenes de parcela, para el control de la napa fretica.b)Dimetros y gradientes de los drenes de parcela y colectores, para asegurar la correcta evacuacin del agua de drenaje.c)Adaptacin de los drenes de parcela y colectores a las caractersticas de la zona.-En lo posible evitar el uso de drenes de parcela con zanjas, dado que presenta el inconveniente de la perdida de terreno y las consecuentes dificultades en las labores agrcolas.-Cuando un sistema tiene muchas salidas a un cauce abierto de agua, stas pueden convertirse en puntos susceptibles a sufrir daos y ser un obstculo para la limpieza con medios mecnicos.-La principal limitacin de un sistema de drenaje con tuberas es indudablemente el econmico por los altos costos de instalacin; pero es importante resaltar que los costos de mantenimiento de las zanjas son muy superiores a los de los colectores de tubos.3.8 MATERIALES Y ESTRUCTURAS DE DRENAJE:-----------------------------------------Las tuberas frecuentemente utilizadas son de arcilla (cermicos) y anlogos y las de plstico (PVC).3.8.1 LAS TUBERAS CERMICAS:-----------------------------Se fabrican en longitudes de unos 30 cm. En Holanda, los dimetros internos varan de 5 a 15 cm, teniendo 5 cm el tamao standard para drenes laterales.-Las ventajas de los tubos cermicos estn relacionadas con la factibilidad de disponer de una cantera de arcilla cercana para su fabricacin, teniendo efecto directo en el bajo costo de los mismos; as mismo, esta tubera tiene aceptacin por parte de los agricultores y duran mucho-Como desventajas se puede citar el gran peso que tienen, son difciles de manipular por medios mecnicos y dado no son tuberas de material continuo, pueden desplazarse de su sitio.3.8.2 TUBERIA DE HORMIGON:---------------------------Los tubos de hormign, son muy similares a los cermicos, pero tienen como desventaja que cuando se instala en suelos cidos y con sulfatos, tienden a desintegrarse.3.8.3 TUBERIA DE PVC:----------------------La mayor ventaja de las tuberas de plstico frente a las de las tuberas de arcilla y hormign, est relacionado por su menor peso por unidad de longitud, as como la facilidad de su manejo, aspectos que tienen incidencia directa sobre los costos de transporte e instalacin.-Los drenes de PVC pueden ser lisas o corrugadas. Los drenes lisos de PVC son tuberas de longitud de 2 a 6 m las cuales son ranuradas para que penetre el agua. Las ranuras se construyen en sentido perpendicular al eje del dren con longitudes de hasta 3 cm y anchuras de 0.4 a 0.8 mm. Los drenes lisos fueron muy utilizados inicialmente, pero actualmente las tuberas corrugadas han desplazado su utilizacin.-Las corrugaciones proporcionan flexibilidad, lo que facilita su instalacin, las cuales pueden ser paralelas o helicoidales.- En dichas tuberas, el agua penetra a travs de las perforaciones que se encuentran en los valles de la corrugacin, siendo ms importante la distribucin de las perforaciones de la tubera que la cantidad total de stas.3.8.4 ENVOLVENTES:---------------------Los envolventes consisten en un material que recubre la tubera para cumplir una o varias de las funciones siguientes:a)Funcin de filtro: para prevenir o limitar la entrada de partculas de tierra en la tubera en la cual podran depositarse y obturarla.b)Funcin hidrulica: para crear alrededor del dren un medio permeable y as reducir la resistencia a la entrada.c)Funcin de soporte: para proteger el entorno de la tubera a fin de prevenir daos derivados de la carga del suelo.-Como envolventes se utilizan diversos materiales, como son los materiales orgnicos, materiales sintticos y gravas.-Los materiales orgnicos tales como fibras, turba y pajas, subproductos de la madera, etc. son utilizados como envolventes que funcionan muy bien en la etapa inicial, pero por accin de los microorganismos a corto o mediano plazo pueden fracasar por su descomposicin.-Las gravas y chancado muy fino son excelentes materiales envolventes, dado que permite realizar las funciones de filtro, hidrulica y de soporte.3.8.5 ESTRUCTURAS AUXILIARES:------------------------------Estructuras de albailera para proteger los taludes; as mismo, para proteger del ingreso de los roedores u otros animales pequeos a las tuberas de drenaje, que podran ocasionar el taponamiento del sistema.-Estructuras de conexion:Para conectar un colector con dos o ms drenes de parcela en la red de drenaje:Funciones:a)disipador de energa al producirse en el fondo de la cmara un colchn de agua.b)permite la acumulacin de sedimentos para su posterior eliminacin y como cmara de inspeccin para controlar la operacin del sistema.3.9 VENTAJAS DE USAR TUBERIAS:-------------------------------Incrementa la produccion de cultivo-Mejora calidad de cultivo-La capacidad del cultivo-Controll de requerimiento de agua-Aireacion de la tierra.Incrementa la actividad bacterial-Incrementa la fertilidad-Ahorro en mano de obra-Control de plagas.