Drenajes Agricolas

DRENAJE AGRICOLA Extensas superficies agrícolas están localizadas en terrenos con problemas de drenaje, sobre todo en la agricultura de regadío. Gran parte de las áreas regadas se encuentran situadas en los valles y deltas de los ríos, en zonas cuya topografía ocasiona un drenaje deficiente, agravada en muchos casos por la permeabilidad del terreno.

DRENAJE AGRICOLA El manejo inadecuado del agua ha dado lugar a la rápida elevación del NF, que inicialmente podía estar suficientemente profundo, hasta alcanzar la zona radicular, con los siguientes efectos de exceso de humedad en el suelo y salinización del mismo. Existen problemas directos sobre el suelo y los cultivos.

EL SUELO

Está constituido constituido por una fase fase sólida, líquida líquida y gaseosa. 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.

OBJETIVO DEL DRENAJE

SUELO SATURADO

SUELO DRENADO

TUBERIA DE DRENAJE

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

INFLUENCIA EN LAS PROPIEDADES DEL MAL DRENAJE EN EL SUELO El efecto más importante es la disminución de la aireación en la zona radicular

 Aireación El aumento de la humedad del suelo se hace mediante el desplazamiento por el agua del aire que ocupa los poros, presentándose un exceso de humedad

Estructura

Textura

Salinidad

Puede afectar la estructura por medio de la salinización, llegando fácilmente hasta el total deterioro del suelo. El exceso de humedad facilita la compactación por maquinaria. El desarrollo de las raíces es menor, sobre todo en profundidad.

Muchas veces coincide la relación entre textura arcillosa y mal drenaje. Estos suelos se acumulan particularmente en la zona de valles dificultando las labores de drenaje.

La salinidad de los suelos es consecuencia de un drenaje deficiente. En los terrenos mal drenados se acumulan las sales disueltas en el agua de riego o de escorrentía, pudiendo salinizar la solución del suelo.

INFLUENCIA EN LAS PROPIEDADES DEL MAL DRENAJE EN EL DESARROLLO DE LOS CULTIVOS El efecto más importante es la disminución de la aireación, por su efecto directo sobre la respiración de las plantas y por el indirecto de modificar las actividades microbianas

 Aireación El normal desarrollo de las actividades fisiológicas de las raíces (respiración, absorción de agua y nutrientes) requiere de la presencia del oxígeno en el suelo, que es consumido por las raíces produciendo CO2

 Alteración de las actividades microbianas Con la disminución del contenido de O2 la microflora aerobia desaparece gradualmente, siendo sustituida por microorganismos anaerobios cuyas actividades, tienen efectos como: •Descomposición de la materia orgánica. •Disminución de N ocasionando reducciones fuertes en las producciones

Enfermedades Por lo general en las áreas mal drenadas existen charcas, lagunas, etc. que constituyen focos de enfermedades no solo para las plantas sino también para las actividades pecuarias y humanas.

CLASIFICACION DEL PROBLEMA DE DRENAJE Según la localización de los excesos de agua, el problema de drenaje se clasifica en subsuperficial y superficial.

Drenaje subsuperficial El problema se produce por un exceso de agua en el interior del suelo, debido a la presencia de una capa freática, permanente o fluctuante, a una profundidad tal que restringe el desarrollo radicular

Drenaje Superficial 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. 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 superficie del suelo

CLASIFICACION DEL PROBLEMA DE DRENAJE

Diagrama generalizado del drenaje subsuperficial

MODELO HIDROLÓGICO SIMPLIFICADO DEL DRENAJE SUPERFICIAL

EVAPOTRANSPIRACION

PRECIPITACION Y/O FILTRACIONES

SISTEMA SUELO COBERTURA

INFILTRACION

ESCORRENTIA

COMPONENTES DEL SISTEMA DE DRENAJE SUPERFICIAL Un sistema de drenaje superficial tiene dos componentes

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

 Acondicionamiento superficial del terreno Depende del microrelieve del terreno. En algunos casos, se utilizan métodos de acondicionamiento superficial, que modifican la topografía y el microrelive 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.

EFECTOS DE LA ACUMULACIÓN SUPERFICIAL DE AGUA EN EL SUELO ACUMULACION DE AGUA SOBRE EL NIVEL DEL SUELO

PERDIDA DE TRABAJABILIDAD Y CAPACIDAD DE SOPORTE

PROBLEMAS DE MECANIZACION

DISMINUCION DE RENDIMIENTOS

PERDIDAS ECONOMICAS

PROBLEMAS SANITARIOS

DAÑOS A INFRAESTRUCTURA

   O    L    E    N    U     Ó    I   S    C   L    A   E    L    N    U    E    M    A    U    C   U    A   G    A   A    L   E    E   D    L    D    S   A    I    O    C    T   I    C   F    E   R    F   E    E   P    U    S

EXCESO DE AGUA EN EL INTERIOR DEL SUELO

MENOR AIREACION

MENOR TEMPERATURA

MENOR DESARROLLO DE

MENOR ACTIVIDAD DE

RAICES

ORGANISMOS DEL SUELO

MENOR DESCOMPOSICION DE MATERIA ORGANICA

MENOR ABASTECIMIENTO DE NUTRIENTES

DISMINUCION DE RENDIMIENTOS

PERDIDAS ECONOMICAS

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)

RECONOCIMIENTO Y DIAGNOSTICO DE PROBLEMAS DE DRENAJE

Reconocimiento

Recopilación de antecedentes y reconocimiento de campo

En el recorrido de campo se recomienda obtener la sig. 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). •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.

Diagnóstico •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)

CAUSAS DEL PROBLEMA El exceso de agua sobre el suelo o en su interior, puede ser ocasionado principalmente por la conjunción de uno o más de los siguientes factores

Precipitaciones

Inundaciones

La acción de la precipitación se manifiesta fundamental/te en las zona 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.

Las inundaciones son una causa frecuente de problemas de drenaje, particularmente en los terrenos adyacentes a los ríos y esteros. Las Lluvias crean un aumento considerable del caudal de los ríos, los cuales al no ser contenidos en el cauce normal, se desbordan provocando problemas de drenaje a lo largo del plano de inundación.

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.

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: • • •

Trazado de la red de zanjas colectoras. Dimensionamiento de la zanja. Construcción de zanjas.

ZANJAS COLECTORAS

DERRUMBE DE LA PARED

Parámetro de dimensionamiento

Desde el punto de vista constructivo, es muy importante respetar los taludes de diseño para evitar derrumbes

ZANJAS COLECTORAS ETAPAS DE CONSTRUCCION  – 

Las etapas en la construcción de zanjas son: • • • •

Roce, despeje y limpieza de faja. Excavación de la zanja. Retiro del material Cercado de zanjas.

DRENES DE TUBERÍA Consisten en una tubería de drenaje enterrada en una zanja y revestida por material filtrante Las principales ventajas de los drenes de tubería, son que no rompen la continuidad de los potreros y sus bajos requerimientos de mantenimiento, siendo los más recomendables. La principal desventaja es su alto costo.

MATERIALES DE TUBERIAS Las tuberías de drenaje se encuentran disponibles en diversos materiales, como plástico (corrugado o liso), arcilla y hormigón. Las tuberías de plástico de PVC o PV son las más frecuentes 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 m de L. 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.

Diámetro de tuberías Se utiliza la fórmula de Manning, asumiendo que el flujo es a tubería llena sin presión. La ecuación resultante es: d = [ Q / (So 1/2(0,3117 / n ))]3/8 Donde: d Q n So

= = = =

diámetro interior de la tubería (m) Caudal de drenaje (m3 /s) Coeficiente de rugosidad de Manning. Pendiente de la rasante (m/m).

El valor del coef. de rugosidad de Manning (n) es generalmente un dato entregado por el propio fabricante, como especificación técnica del producto, en el respectivo catálogo.

Coef. de rugosidad de Manning - tipo de tubería En la Fórmula de Manning, se considera que la So es la mínima dada a la tubería para neutralizar la resistencia natural que ésta opone al flujo. Las So más usadas: entre el 1 y 5 por mil. La FAO (1985) sugiere una So mínima del 0.5/1000. El Bureau of  Reclamation de E.U. recomienda un mínimo de 1/mil para evitar sedimentación. Tubería

Coeficiente n

 Arcilla

0,013

Concreto

0,013

PVC liso

0,015

PVC corrugado

0,016

Fuente: Salgado, 2000.

Instalación de drenes de tubería 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. Es recomendable un trabajo combinado: empleo de maquinaria (para aumentar el rendimiento de la labor) y manual (para mejorar la terminación de la labor)

Instalación de drenes de tubería Estructuras auxiliares

DRENES EN V  Los drenes en  “V”, son zanjas caracterizadas por 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

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

 Alternativas de descarga del dren topo a colectores 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

Drenes topo descargando a zanja

Descarga de dren topo en tubería de drenaje

MANTENIMIENTO DE OBRAS DE DRENAJE El adecuado mantenimiento 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 un adecuado mantenimiento 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.