Resumen

Actividades relacionadas con el diseo de sistemas de

drenaje agrcola

Presentado a:

Edgar Manotas

Por:

Eduardo Petro Prez

Programa de Ingeniera Agronmica

Universidad de Crdoba

2015

RESUMEN: ACTIVIDADES

RELACIONADAS CON El DISEO

DE SISTEMAS DE DRENAJE

AGRCOLA.

El principal efecto del drenaje de tierras agrcolas es lograr la reduccin Del exceso de humedad del perfil del suelo y aumentar la productividad de los sistemas agrcolas, mediante el mejoramiento de las propiedades mecnicas, qumicas y biolgicas del suelo) Un drenaje construido adecuadamente mejora la estructura del suelo, y por esta razn se aumenta la productividad. El drenaje es el elemento ms importante del saneamiento de los suelos alcalinos y salinos, saturados de agua. Si slo consideran las tierras cultivadas, los beneficios del drenaje son muchos en relacin con la agricultura de regado.Los problemas de drenaje requieren el uso de tcnicas y experiencias que pueden proporcionar informacin necesaria para el diseo de un sistema de drenaje adecuado. Por lo tanto, las investigaciones de campo entran as al dominio de la aplicacin prctica. Se confrontan problemas especficos de diversa ndole, al hacer una evaluacin sobre los sntomas de drenaje, tales como la extensin o alcance de acumulacin de agua superficial y subsuperficial, cambio de color de cultivos y de perfil del suelo, daos causados a los cultivos, etc.

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 porcin superficial del suelo, el

drenaje se denomina SUPERFICIAL,

mientras que cuando el exceso de agua

es removido del perfil del suelo, se

denomina SUBSUPERFICIAL. Como se

ver ms adelante esta definicin tiene

otras implicaciones El objetivo general

del drenaje es de garantizar una zona

radical aireada.

ESTUDIOS QUE DEBEN REALIZARSE PARA EVALUAR EN CAMPO UN PROBLEMA DE DRENAJE:

Entre estos se tienen:

Topografa. Lo primero que hay que considerar en cualquier problema de drenaje es la topografa. Esta indica con frecuencia el tipo ms adecuado de drenaje. El levantamiento topogrfico, determina la configuracin superficial de cualquier rea propuesta para el drenaje, lo mismo que su tamao y forma. Debe indicar la posible direccin y alineamiento de los drenes, el tipo de sistema de drenaje (superficial, de tubos, o de bombeo) que se deber usar y hasta en cierto grado su factibilidad econmica.

Medicin de nivel fretico.

El contenido de humedad del suelo a una altura por encima de la capa fretica es sustancialmente mayor que la capacidad de campo. Por este motivo el crecimiento de las races de las plantas se ve afectado por la capa fretica. Las capas freticas responden a la acumulacin de agua del subsuelo, debido a causas naturales o artificiales. La investigacin de la capa fretica es una parte importante de cualquier investigacin de drenaje, para esto se instalan pozos de observacin con el fin de determinar la posicin de la capa fretica en diferentes puntos de la zona problema y en varios estratos del suelo, durante todo el ao, de tal manera que se pueda determinar la dinmica del nivel fretico en las diferentes zonas del campo. Estos estudios son la base de toma de decisiones para el manejo del drenaje del lote. Este manejo puede considerar varios aspectos: establecer cultivos tolerantes a las altas humedades en aquellas zonas donde el nivel fretico es muy prximo a la superficie o instalar un sistema de drenaje eficiente que abata el

nivel fretico a la profundidad que exige el cultivo.

Origen del exceso de agua.

El conocimiento de origen del agua es importante, puesto que es posible estimar el volumen del agua que debe ser drenado. La fuente de agua indica la cantidad de agua para la cual se debe instalar el drenaje. En relacin con los cultivos que se van a establecer se deben tener en cuenta las necesidades de agua. El principio gua es siempre que sea posible hay que mantener la capa fretica a una altura tal, que no se presente deficiencia de agua como consecuencia de la operacin de drenaje, siempre y cuando el manto fretico no este cargado de sales.

Los suelos para mantener su fertilidad y adecuada produccin de cultivos en las reas regables, requieren la presencia del nivel fretico a profundidades iguales o mayores de 1.80 m

En trminos generales cada cultivo presenta una profundidad adecuada del nivel fretico que permite el mayor desarrollo y productividad.

Como criterio de comparacin se puede asumir que una profundidad a la que podra mantenerse el nivel fretico es la siguiente:

Donde PNF, representa la profundidad del nivel fretico [m] y PR, representa la profundidad de races del cultivo en particular [m].

El drenaje debe asegurar la generacin de una zona o nivel de proteccin, en la cual se espera se produzca el fenmeno

de capilaridad, de tal forma que la planta pueda absorber con sus races el agua necesaria para sus funciones metablicas. Este nivel de proteccin se estima como un 20% de la profundidad de races, con lo que la profundidad de los drenes est definida por:

Donde Pdren, representa la profundidad del dren [m] y PR, representa la profundidad de races del cultivo en particular [m].

El exceso de agua en el suelo puede

provenir de dos fuentes principales: lluvia

y/o riego. La lluvia es el principal aporte

de agua al suelo, en este caso el agua

llena paulatinamente los microporos del

suelo y luego va macroporos va siendo

transportada dentro del perfil del

suelo. En este caso, si el aporte contina

por varios das, el agua puede infiltrarse

profundamente (percolarse) y llegar al

nivel fretico, generando una disminucin

en la profundidad de ste. En este

apartado pueden incluirse tambin

fenmenos externos tales como el

desbordamiento de un ro, que genera el

mismo proceso descrito anteriormente. El

riego, en cambio, si est bien diseado,

no debera causar una disminucin de la

profundidad del nivel fretico.

ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES FSICAS DEL SUELO.

El drenaje del suelo es una funcin de sus propiedades fsicas, tales como: textura, estructura, porosidad, continuidad de poros, densidad

aparente y las qumicas como contenidos de sales e hidrodinmicas como la conductividad hidrulica, la infiltracin y la percolacin. En suelos que presentan degradacin de sus propiedades fsicas la consecuencia ser un mal drenaje subsuperficial. Conocer el estado actual de las propiedades del suelo mediante el resultados de anlisis y pruebas, servir para la toma de decisiones al momento del diseo e instalacin de un eficiente sistema de drenaje. Ellas permitirn determinar sistemas de labranza que mejoren el drenaje interno del suelo.

FACTORES PARA EL DISEO DE SISTEMAS DE DRENAJE:

Deben tenerse en cuenta los siguientes factores:

Ubicacin. En este caso se debe determinar a cual cuenca de drenaje corresponde el predio o la zona.

Drenaje superficial. Es necesario definir cul es el tipo de patrn de drenaje que presenta la cuenca, indicando claramente cul es el punto de desage de la misma.

Tipo de drenaje. Debe definirse que tipo de drenaje se necesita: superficial, subsuperficial o combinado.

rea. Debe especificarse el rea a drenar y conseguir un levantamiento topogrfico de la misma donde se presenten curvas de nivel separadas mximo 0.5 m.

Suelo. Debe contarse con los siguientes estudios: textura, estructura, densidad aparente, curva de retencin de humedad, conductividad hidrulica, infiltracin y fertilidad.

Clima. Se debe tener acceso a datos climatolgicos (precipitacin), con los cuales determinar el caudal esperado para el diseo, adems de los coeficientes de drenaje para la cuenca en particular.

Nivel fretico. Se debe conocer su estado actual e histrico, es decir, su profundidad y variaciones en la elevacin del mismo, determinando niveles mximo y mnimo en la zona.

Para cualquiera de los mtodos de drenaje, el sistema debe contener tres partes funcionales.

Sistema colector. Se refiere a zanjas de desviacin, callejones, zanjas superficiales, y surcos profundos, que tienen como funcin recoger el agua superficial y/o subsuperficial.

Sistema de evacuacin. En este caso, se trata de una zanja o canal a cielo abierto que recibe el agua del sistema colector y lo conduce hasta la salida.

Salida. Punto terminal del sistema de drenaje, donde se entrega el agua extrada del lote a una fuente natural, generalmente.

EN CUANTO A LOS MTODOS DE DRENAJE PODEMOS IDENTIFICAR

DOS GRANDES GRUPOS

El DRENAJE SUPERFICIAL Y EL DRENAJE SUBSUPERFICIAL

DRENAJE SUPERFICIAL.

El drenaje superficial se encarga principalmente de retirar el agua de escorrenta sobre el campo, para esto se vale de la construccin de zanjas de tamao reducido, normalmente de 40 x 40 cm, las cuales se construyen muy fcilmente en zonas de ladera siguiendo las curvas de nivel

ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA DE DRENAJE SUPERFICIAL

El diseo de un sistema de drenaje superficial comprende dos fases principales: el trazo y el diseo de las secciones hidrulicas.

El trazo de la red de drenaje consiste en la elaboracin de un plano con la ubicacin de cada uno de los drenes primarios y secundarios. Para dicho trazo se toman en cuenta las siguientes especificaciones:

-Localizacin: los drenes debern localizarse siempre sobre cauces naturales con los acondicionamientos que requieran para darles la capacidad y funcionamiento adecuado ya que en esta forma se lograr una economa en obras y se evitan afectaciones innecesarias

-Parcelamiento: el trazado debe facilitar en lo posible un parcelamiento adecuado ya que la tenencia de la tierra influye en la densidad de la red bsica de drenaje. As mientras mayor sea el tamao de los predios o lotes, menor ser el nmero de los mismos y por lo tanto la longitud de los canales de desague.

-Trazo: para tener un mejor funcionamiento hidrulico es deseable que los canales de desague tengan trazo recto y que se eviten en lo posible cambios de direccin. Sin embargo, es mejor el que se obtiene mediante canales que sigan las partes bajas de los terrenos encharcados, en cuyo caso es necesario construir curvas en cada cambio de direccin. En general debern evitarse lsa curvas muy cerradas, eligiendo curvas suaves a fin de mejorar las caractersticas hidrulicas y la estabilidad de las secciones de los canales de desague.

-Pendiente: la disposicin de los desagues y colectores parcelarios vara

bajo distintas condiciones de pendiente de los terrenos. En terrenos de pendiente mnima los desagues y los colectores deben ser perpendiculares, con longitudes moderadas, espaciamientos homogneos y pendientes continuas. Con pendientes hacia una sola direccin: se debeen ajustar los drenes de modo que las longitudes sean las adecuadas, de manera que no se alcancen velocidades de escurrimiento que provoquen erosin. Los colectores se colocan perpendiculares a la pendiente en forma de tajos que captan los escurrimientos.

-Diseo: el diseo del sistema de drenaje consiste en localizar el sitio, generalmente de un colector, que puede ser una zona baja, donde se recibirn los volmenes de agua removidos. Cuando las condiciones topogrficas no permiten la salida gravitaciones del agua, tiene que considerarse una estacin de bombeo. Definir la ubicacin de los desagues lo que implica definir su espaciamiento y localizacin. Definir la capacidad de conduccin y dimensiones de la seccin hidrlica de los desagues y colectores de drenaje superficial

DRENAJE SUBSUPERFICIAL.

El drenaje subsuperficial se encarga de retirar el exceso de agua de la zona de races, es decir previene la saturacin del suelo. En este caso se tiene dos grandes sistemas de drenajes: abierto y cerrado.

Para establecer un sistema de drenaje antes que todo se deben analizar las condiciones del lugar con problemas de drenaje. Inicialmente por medio de estudios de campo se estudian los factores que afectan el esquema de la corriente tales como presencia de estratos impermeables, carga hidrulica de llegada y salida de la corriente del sistema, permeabilidad y velocidad de de corriente entre otras.En algunas

ocasiones esto parece incierto en la prctica, por tanto es recomendable antes que todo identificar las condiciones del entorno y luego proceder a hacer las investigaciones, las mediciones de campo y establecer los criterios para los trazados.

El tendido del sistema de drenaje depende de la magnitud del problema de eliminacin, es decir, si el sistema debe responder a un rea grande o solamente a un lugar, como el cauce de un ro anegado. Las configuraciones ms comunes son las siguientes:

Sistema de reja. Aplicado en terrenos planos, en donde se renen las lneas laterales con el colector principal por un solo lado.

Espina de pescado. Utilizado cuando la zona por drenar presenta una depresin a la cual se unen las lneas laterales y no permiten la construccin de otros colectores.

Sistema de interseccin. Empleado en zonas planas y hmedas donde el exceso de agua proviene de zonas altas contiguas, y los drenes se colocan en el punto de interseccin entre las reas altas y la regin plana.

Sistema de drenaje subsuperficial abierto. En este caso se construyen canales sobre el campo encargados de drenar el agua subsuperficial. Este sistema tiene la ventaja que permite de igual forma captar aguas superficiales (de escorrenta). El inconveniente con los sistemas abiertos es que ocupan un espacio importante dentro de la explotacin, minimizando el rea disponible.

Sistema de drenaje subsuperficial cerrado. Los sistemas cerrados se caracterizan porque en lugar de canales terciarios se cuenta con tuberas

perforadas que cumplen la misma funcin que los anteriores En este caso las tuberas permiten la

utilizacin de la totalidad del rea

disponible, con lo que no se presentan

prdidas de terreno. Para el diseo de

los canales terciarios, se trabaja con flujo

a medio tubo, es decir, el tubo de drenaje

solo debe llenarse a la mitad, para lograr

esto, en el diseo para la obtencin del

dimetro se trabaja con el doble del

caudal

HIDRULICA DEL DRENAJE

La hidrulica del drenaje se basa en la hiptesis de Dupuit (teora del drenaje), la cual establece que las lneas de corriente del agua al interior del suelo son aproximadamente paralelas, adems que la velocidad de flujo no vara se puede calcular utilizando la Ecuacin de Hooghoudt, la cual se expresa de la siguiente forma:

Donde L, representa el espaciamiento entre drenes [m]; K, representa la conductividad hidrulica del suelo [m/da]; d, representa la altura del drenaje con respecto a la capa impermeable [m]; h, es la altura del agua sobre el drenaje [m] y R, representa el exceso de agua en el suelo que se mueve en sentido vertical [m/da].

BIBLIOGRAFA

UNAD: Leccin 44 - Mtodos de drenaje [EN LINEA] consultado el 30- 07-2015 Disponible en : http://datateca.unad.edu.co/contenidos/201616/contLinea/lecccin_4

4__mtodos_de_drenaje.html