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

Figura 22.

Muros de contención (Schwab, G. y otros, 1981).

65

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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