TOPOGRAFIA DE CANA CANALES LES
La topografía y el régimen de Lluvias de la zona cafetera favorecen la escorrentía, que es la responsable de la mayoría de los fenómenos erosivos. En muchos tipos de suelo sue los s no es con conven venien iente te ni posibl posible e pro propi picia ciarr un una a may mayor or inf infilt iltrac ración ión porque porque la topografía no lo permite, y por el peligro de remociones masales, por lo cual es necesa nec esario rio eva evacua cuarr la esc escorr orren entía tía de lo los s pre predi dios os agr agríco ícola las s y con conduc ducirl irla a has hasta ta los cauces cau ces nat natura urale les. s. En est este e cap capitu itulo lo se pre presen sentan tan los pr princ incip ipale ales s sis sistem temas as pa para ra la evacuación de aguas, así como los métodos para el calculo de la escorrentía critica. Igualmente, se dan los criterios y bases para la selección, diseño, calculo y trazado de acequias de ladera, canales de desviación y de drenaje. Finalmente, se presentan alguna alg unas s obr obras as com comple plemen mentar tarias ias tal tales es com como o sal saltos tos,, ver verted tedero eros, s, mur muros os,, tri trinch nchos, os, gaviones y empalizadas, que son necesarias para la protección de vías y cauces naturales o artificiales, contra la fuerza del agua concentrada.
En un proyecto de irrigación la parte que comprende el diseño de los canales y obras de arte arte,, si bien es cierto que son de vital importancia en el costo de la obra, no es lo más importante puesto que el caudal, factor clave en el diseño y el más importante en un proyecto de riego, es un parámetro que se obtiene sobre la base del tipo de suelo, cultivo, condiciones climáticas, métodos de riego, etc., es decir mediante la conjunción de la relación agua – suelo – planta y la hidrología, de manera que cuando se trata de una planificación de canales, el diseñador tendrá una visión mas amplia y será mas eficiente, motivo por lo cual el ingeniero agrícola destaca y predomina en un proyecto de irrigación 1.
Canales de riego por su función función..Los canales de riego por sus diferentes funciones adoptan las siguientes denominaciones: Canal de primer orden.- Llamado también canal madre o de derivación y se le traza siempre con pendiente mínima, normalmente es usado por un solo lado ya que por el otro lado da con terrenos altos. Canal de segundo orden.- Llamados también laterales, son aquellos que salen del canal madre y el caudal que ingresa a ellos, es repartido hacia los sub – laterales, el área de riego que sirve un lateral se conoce como unidad de riego. Canal de tercer orden.- Llamados también sub – laterales y nacen de los canales laterales, el caudal que ingresa a ellos es repartido hacia las propiedades propiedad es individuales a través de las tomas del solar, el área de riego que sirve un sub – lateral se conoce como unidad de rotación.
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De lo anterior de deduce que varias unidades de rotación constituyen una unidad de riego, y varias unidades de riego constituyen un sistema de riego, este sistema adopta el nombre o codificación del canal madre o de primer orden.
2. Eleme Elementos ntos básic básicos os en en el diseñ diseño o de cana canales.les.Se consideran algunos elementos topográficos, secciones, velocidades permisibles, permisible s, entre otros: •
Trazo de canales.- Cuando se trata de trazar un canal o un sistema de canales es necesario recolectar la siguiente información básica:
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• •
Fotografías aéreas, para localizar los poblados, caseríos, áreas de cultivo, vías de comunicación comunicación,, etc. Planos topográficos y catastrales. Estudios geológicos, salinidad salinidad,, suelos y demás información que pueda conjugarse en el trazo de canales. Una vez obtenido los datos precisos, se procede a trabajar en gabinete dando un trazo preliminar, el cual se replantea en campo, donde se hacen los ajustes necesarios, obteniéndose finalmente el trazo definitivo. En el caso de no existir información topográfica básica se procede a levantar el relieve del canal, procediendo con los siguientes pasos:
Reconocimiento Reconocimiento del terreno.- Se recorre la zona, anotándose todos los detalles que influyen en la determinación de un eje probable de trazo, determinándose el punto inicial y el punto final. Trazo preliminar.- Se procede a levantar la zona con una brigada topográfica, clavando en el terreno las estacas de la poligonal preliminar y luego el levantamiento levantamiento con teodolito, posteriormente a este levantamiento se nivelará la poligonal y se hará el levantamiento levantamiento de secciones transversales, transversales, estas secciones se harán de acuerdo a criterio, si es un terreno con una alta distorsión de relieve, la sección se hace a cada 5 m, si el terreno no muestra muchas variaciones y es uniforme la sección es máximo a cada 20 m. Trazo definitivo.- Con los datos de (b) se procede al trazo definitivo, teniendo en cuenta la escala del plano, la cual depende básicamente de la topografía de la zona y de la precisión que se desea: Terrenos con pendiente transversal mayor a 25%, se recomienda escala de 1:500. Terrenos con pendiente transversal menor a 25%, se recomienda escalas de 1:1000 a 1:2000. Radios mínimos en canales.- En el diseño de canales, el cambio brusco de dirección se sustituye por una curva cuyo radio no debe ser muy grande, y debe escogerse un radio mínimo, dado que al trazar curvas con radios mayores al mínimo no significa ningún ahorro de energía, es decir la curva no será hidráulicamente más eficiente, en cambio sí será más costoso al darle una mayor longitud o mayor desarrollo mayor desarrollo.. Las siguientes tablas indican radios mínimos según el autor o la fuente: Tabla DC01. Radio mínimo en canales abiertos para Q > 10 m3/s Capacidad del canal
Radio mínimo
Hasta 10 m3/s
3 * ancho de la base
De 10 a 14 m3/s
4 * ancho de la base
De 14 a 17 m3/s
5 * ancho de la base
De 17 a 20 m3/s
6 * ancho de la base
De 20 m3/s a mayor
7 * ancho de la base
Los radios mínimos deben ser redondeados hasta el próximo metro superior Tabla DC02. Radio mínimo en canales abiertos en f unción del espejo de agua CANALES DE RIEGO
CANALES DE DRENAJE
Tipo
Radio
Tipo
Radio
Sub – canal
4T
Colector principal
5T
Lateral
3T
Colector
5T
Sub – lateral
3T
Sub – colector
5T
Siendo T el ancho superior del espejo de agua Tabla DC03. Radio mínimo en canales abiertos para Q < 20 m3/s Capacidad del canal
Radio mínimo
20 m3/s
100 m
15 m3/s
80 m
10 m3/s
60 m
5 m3/s
20 m
1 m3/s
10 m
0,5 m3/s
5m
Sobre la base de estas tablas se puede seleccionar el radio mínimo que más se ajuste a nuestro criterio. Elementos de una curva.-
A C ß E F
= = = = =
G LC PC PI PT PSC PST R ST
= = = = = = = = =
•
Arco, es la longitud longitud de curva medida medida en cuerdas de 20 20 m Cuerd erda la larga, rga, es la la cu cuerda rda que que sub sub – titiende nde la la cur curv va des desde PC hasta asta PT. Angulo de deflexión, formado en el PI. Exter ternal, es es la la di distancia de de PI PI a la cu curva me medida en en la la bi bisectriz. Fle Flecha, cha, es la la lo longi ngitud tud de de la la pe perpen rpend dicula cularr baj baja ada de del pun punto to medi medio o de de la la curva a la cuerda larga. Grado, es el ángulo central. Longitud de curva que une PC con PT. Principio de una curva. Punto de inflexión. Punto de tangente. Punto sobre curva. Punto sobre tangente. Radio de la curva. Sub tangente, distancia del PC al PI.
Rasante de un canal.- Una vez definido el trazo del canal, se proceden a dibujar el perfil longitudinal de dicho trazo, las escalas más usuales son de 1:1000 o 1:2000 para el sentido horizontal y 1:100 o 1:200 para el sentido vertical, normalmente normalmente la relación entre la escala horizontal y vertical es de 1 a 10, el dibujo del perfil es recomendable hacerlo sobre papel milimetrado transparente color color verde verde por ser más práctico que el cánson y además el color verde permite que se noten las líneas milimétricas en las copias ozalid .
Para el diseño de la rasante se debe tener en cuenta: La rasante se debe efectuar sobre la base de una copia ozalid del perfil longitudinal del trazo, no se debe trabajar sobre un borrador de él hecho a lápiz y nunca sobre el original. Tener en cuenta los puntos de captación cuando se trate de un o canal de riego y los puntos de confluencia si es un dren. La pendiente de la rasante de fondo, debe ser en lo posible igual o a la pendiente natural promedio del terreno, cuando esta no es posible debido a fuertes pendientes, se proyectan caídas o saltos de agua. Para definir la rasante del fondo se prueba con diferentes cajas o hidráulicas, chequeando siempre si la velocidad obtenida es soportada por el tipo de material donde se construirá el canal. El plano final del perfil longitudin longitudinal al de un canal, debe presentar o como mínimo la siguiente información. Kilometraje o Cota de terreno o Cota de rasante o Pendiente o Indicación de las deflexiones del trazo con los elementos de o curva Ubicación de las obras de arte o Sección o secciones hidráulicas del canal, indicando su o kilometraje Tipo de suelo o o
T = Ancho superior del canal b = Plantilla z = Valor Valor horizontal horizontal de la inclinación del talud C = Berma del camino, puede ser: 0,5; 0,75; 1,00 m., según el canal sea de tercer, segundo segundo o primer orden orden respectivamente. respectivamente. V = Ancho del camino de vigilancia, puede ser: 3; 4 y 6 m., según el canal sea de tercer, segundo o primer orden respectivamente. H = Altura de caja o profundida profundidad d de rasante del canal.
En algunos casos el camino de vigilancia puede ir en ambos márgenes, según las necesidades del canal, igualmente la capa de rodadura de 0,10 m. a veces no será necesaria, dependiendo de la intensidad del trafico. 1. Sec Secció ción n Hid Hidráu ráulic lica a Opt Optima ima Determinación de Máxima Eficiencia Hidráulica.
Se dice que un canal es de máxima eficiencia hidráulica cuando para la misma área y pendiente conduce el mayor caudal, ésta condición está referida a un perímetro húmedo mínimo, la ecuación que determina la sección de máxima eficiencia hidráulica es: siendo q el ángulo que forma el talud con la horizontal, arctan (1/z) Determinación Determinaci ón de Mínima Infiltración. Se aplica cuando se quiere obtener la menor pérdida posible de agua por infiltración en canales de tierra tierra,, esta condición depende del tipo de suelo y del tirante del canal, la ecuación que determina la mínima infiltración es: La siguiente tabla presenta estas condiciones, además del promedio el cual se recomienda.
Tabla DC04. Relación plantilla vs. tirante para, máxima eficiencia, mínima infiltración y el promedio de ambas. Talud
Angulo
Vertical 1/4:1 1/2:1 4/7:1 3/4:1 1:1 1¼:1 1½:1 2:1 3:1
90°00´ 75°58´ 63°26´ 60°15´ 53°08´ 45°00´ 38°40´ 33°41´ 26°34´ 18°26´
Máxima Eficiencia 2.0000 1.5616 1.2361 1.1606 1.0000 0.8284 0.7016 0.6056 0.4721 0.3246
Mínima Infiltración 4.0000 3.1231 2.4721 2.3213 2.0000 1.6569 1.4031 1.2111 0.9443 0.6491
Promedio 3.0000 2.3423 1.8541 1.7410 1.5000 1.2426 1.0523 0.9083 0.7082 0.4868
De todas las secciones trapezoidales, la más eficiente es aquella donde el ángulo a que forma el talud con la horizontal es 60°, además para cualquier sección de máxima eficiencia debe cumplirse: R = y/2 donde: R = Radio hidráulico
y = Tirante del canal No siempre se puede diseñar de acuerdo a las condiciones mencionadas, al final se imponen una serie de circunstancias locales que imponen un diseño propio para cada situación. 2. Dis Diseño eño de de secci seccione ones s hidráu hidráulic licas. as.-Se debe tener en cuenta ciertos factores, tales como: tipo de material del cuerpo del canal, coeficiente de rugosidad, velocidad máxima y mínima permitida, pendiente del canal, taludes, etc.
La ecuación más utilizada es la de Manning o Strickler, y su expresión es: donde: Q = Caudal (m3/s) n = Rugosidad A = Area (m2) R = Radio hidráulico = Area de la sección húmeda / Perímetro húmedo En la tabla DC06, se muestran las secciones más utilizadas. •
a.
Criterios de diseño.- Se tienen diferentes factores que se consideran en el diseño de canales, aunque el diseño final se hará considerando las diferentes posibilidades posibilidades y el resultado será siempre una solución de compromiso, porque nunca se podrán eliminar todos los riesgos y desventajas,, únicamente se asegurarán que la influencia negativa sea desventajas la mayor posible y que la solución técnica propuesta no sea inconveniente debido a los altos costos costos..
Rugosidad.- Esta depende del cauce y el talud, dado a las paredes laterales Rugosidad.del mismo, vegetación, irregularidad y trazado del canal, radio hidráulico y obstrucciones en el canal, generalmente cuando se diseña canales en tierra se supone que el canal está recientemente abierto, limpio y con un trazado uniforme, sin embargo el valor de rugosidad inicialmente inicialmente asumido difícilmente se conservará con el tiempo,, lo que quiere decir que en al práctica constantemente tiempo constantemente se hará frente a un continuo cambio de la rugosidad. La siguiente tabla nos da valores de "n" estimados, estos valores pueden ser refutados con investigaciones y manuales manuales,, sin embargo no dejan de ser una referencia para el diseño: Tabla DC05. Valores de rugosidad "n" de Manning
n 0.010
Superficie Muy lisa, vidrio vidrio,, plástico plástico,, cobre cobre..
0.011
Concreto muy liso.
0.013
Madera su suave, me metal, concreto frotachado.
0.01 0. 017 7
Cana Ca nale les s de ti tier erra ra en en bue buena nas s cond condic icio ione nes. s.
0.020 0.0 20
Canal Ca nales es nat natura urale les s de de tie tierra rra,, lib libres res de veg vegeta etació ción. n.
0.025 0.0 25
Canal Ca nales es natura naturale les s con algun alguna a vegetac vegetació ión n y piedras piedras espar esparcid cidas as en el fondo fondo
0.03 0. 035 5
Cana Ca nale les s natur natural ales es con con abund abundan ante te vege vegeta taci ción ón..
0.04 0. 040 0
Arro Ar royo yos s de de mon monta taña ña co con n muc mucha has s pie piedr dras as.. Tabla DC06. Relaciones geométricas de las secciones transversales más frecuentes.
b. Talud Talud apropiad apropiado o según el tipo de materia material.l.- La inclina inclinación ción de las parede paredes s laterales de un canal, depende de varios factores pero en especial de la clase de terreno donde están alojados, la U.S. BUREAU OF RECLAMATION recomienda un talud único de 1,5:1 para sus canales, a continuación se presenta un cuadro de taludes apropiados para distintos tipos de material: Tabla DC07. Taludes apropiados para distintos tipos de material MATERIAL Roca Suelos de turba y detritos Arcilla compacta compacta o tierra con recubrimiento recubrimiento de
TALUD (horizontal : vertical) Prácticamente vertical 0.25 : 1 0.5 : 1 hasta 1:1
concreto Tierra con recubrimiento de piedra o tierra en grandes canales Arcilla firma o tierra tierra en canales canales pequeños Tierra arenosa suelta Greda arenosa o arcilla porosa
1:1 1.5 : 1 2:1 3:1
Fuente: Aguirre Pe, Julián, "Hidráulica de canales", Dentro Interamericano de Desarrollo de Aguas y Tierras – CIDIAT, Merida, Venezuela Venezuela,, 1974 Tabla DC08. Pendientes laterales en canales según tipo de suelo
MATERIAL
CANALES POCO PROFUNDOS Vertical 0.5 : 1
Roca en buenas condiciones Arcillas compactas compactas o conglomerados Limos arcillosos Limos arenosos Arenas sueltas Concreto
CANALES PROFUNDOS 0.25 : 1 1:1
1:1 1.5 : 1 2:1 1:1
1.5 : 1 2:1 3:1 1.5 : 1
Fuente: Aguirre Pe, Julián, "Hidráulica de canales", Dentro Interamericano de Desarrollo de Aguas y Tierras – CIDIAT, Merida, Venezuela, 1974 c.
Velocidades máxima y mínima permisible.- La velocidad mínima permisible es Velocidades aquella velocidad velocidad que no permite sedimentación, sedimentación, este valor es muy variable y no puede ser determinado con exactitud, cuando el agua fluye sin limo este valor carece de importancia, pero la baja velocidad favorece el crecimiento de las plantas plantas,, en canales de tierra, da el valor de 0.762 m/seg. Como la velocidad apropiada que no permite sedimentación y además impide el crecimiento de plantas en el canal. La velocidad máxima permisible, algo bastante complejo y generalmente se estima empleando la experiencia local o el juicio del ingeniero; las siguientes tablas nos dan valores sugeridos. Tabla DC09. Máxima velocidad permitida en canales no recubiertos de vegetación
MATERIAL DE LA MATERIAL CAJA DEL CANAL
Arena fina coloidal coloidal Franco arenoso no coloidal Franco limoso no coloidal
"n" Agua Manning limpi a 0.020 0.020
1.45 0.53
0.020
0.60
Velocidad (m/s) Agua con Agua partículas transportando coloidales arena, grava o fragmentos 0.75 0.45 0.75 0.60 0.90
0.60
Limos aluviales no coloidales Franco consistente normal Ceniza volcánica Arcilla consistente consistente muy coloidal Limo aluvial coloidal Pizarra y capas duras Grava fina Suelo franco clasificado no coloidal Suelo franco clasificado coloidal Grava gruesa no coloidal Gravas y guijarros
0.020
0.60
1.05
0.60
0.020
0.75
1.05
0.68
0.020 0.025
0.75 1.13
1.05 1.50
0.60 0.90
0.025 0.025 0.020 0.030
1.13 1.80 0.75 1.13
1.50 1.80 1.50 1.50
0.90 1.50 1.13 0.90
0.030
1.20
1.65
1.50
0.025
1.20
1.80
1.95
0.035
1.80
1.80
1.50
Fuente: Krochin Sviatoslav. "Diseño Hidráulico", Ed. MIR, Moscú, 1978
Para velocidades máximas, en general, los canales viejos soportan mayores velocidades velocidad es que los nuevos; además un canal profundo conducirá el agua a mayores velocidades sin erosión erosión,, que otros menos profundos. Tabla DC10. Velocidades máximas en hormigón en función de su resi resisten stencia cia .
RESISTENCIA,
PROFUNDIDAD DEL TIRANTE EN METROS 0.5 1 3 5 10
en kg/c m2 50 75 100 150 200
9.6 11.2 12.7 14.0 15.6
10.6 12.4 13.8 15.6 17.3
12.3 14.3 16.0 18.0 20.0
13.0 15.2 17.0 19.1 21.2
14.1 16.4 18.3 20.6 22.9
Fuente: Krochin Sviatoslav. "Diseño Hidráulico", Ed. MIR, Moscú, 1978
Esta tabla DC10, da valores de velocidad admisibles altos, sin embargo la U.S. BUREAU OF RECLAMATION, recomienda que para el caso de revestimiento de canales de hormigón no armado, las velocidad velocidades es no deben exceder de 2.5 m/seg. Para evitar la posibilid posibilidad ad de que el revestimiento se levante. d. Borde Borde libre.libre.- Es el espacio espacio entre entre la cota de de la corona corona y la superfici superficie e del agua, agua, no existe ninguna regla fija que se pueda aceptar universalmente para el calculo del borde libre, debido a que las fluctuaciones de la superficie del agua en un canal, se puede originar por causas incontrolables. incontrolables.
La U.S. BUREAU OF RECLAMATION recomienda recomienda estimar el borde libre con la siguiente formula:
donde: Borde libre: en pies. C = 1.5 para caudales menores a 20 pies3 / seg., y hasta 2.5 para caudales del orden de los 3000 pies3/seg. Y = Tirante del canal en pies La secretaría de Recursos Hidráulico Hidráulicos s de México México,, recomienda los siguientes valores en función del caudal: Tabla DC11. Borde libre en función del caudal Caudal m3/seg
Revestido (cm)
Sin revestir (cm)
£ 0.05
7.5
10.0
0.05 – 0.25
10.00
20.0
0.25 – 0.50
20.0
40.0
0.50 – 1.00
25.0
50.0
> 1.00
30.0
60.0
Fuente: Ministerio de Agricultura y Alimentación, Boletín Técnico N- 7 "Consideraciones Generales sobre Canales Trapezoidales" Lima 1978 Máximo Villón Béjar, sugiere valores en función de la plantilla del canal: Tabla DC12. Borde libre en función de la plantilla del canal Ancho de la plantilla (m)
Borde libre (m)
Hasta 0.8
0.4
0.8 – 1.5
0.5
1.5 – 3.0
0.6
3.0 – 20.0
1.0
3. ES ESCO CORR RREN ENT TIA La escorrentía es el agua sobrante de las Lluvias que no alcanza a penetrar en el suelo, escurre por la superficie en los terrenos pendientes y se va concentrando en cauces naturales hasta Ilegar a las quebradas y los ríos. La escorrentía tendrá un mayor volumen y velocidad a medida que las Lluvias sean mas intensas y la pendien pendiente te sea mas inclinada y prolongada. Si esta ocurre en terrenos desnudos, produce el arrastre del suelo en laminas, surcos y cárcavas.
FACTORES OUE INFLUYEN EN LA ESCORRENTIA
La superficie del suelo determina una rugosidad. Mientras mas liso sea el piso, el agua fluya con mayor facilidad aumentando el volumen de escorrentía, su velocidad y energía.
Capaci Capa cida dad d de in infi filt ltra raci ción ón de dell su suel elo o . Es Esta ta de dete term rmin inad ada a principalmente por la textura, la estructura, la presencia de grietas y raíces, y la uniformidad del perfil. A mayor capacidad de infiltración, habrá menor porcentaje de escorrentía. La compactación de los suelos, principalmente los arcillosos, disminuye hasta niveles críticos la infiltración.
Intensidad de las Lluvias. Lluvias . Es el factor que mas influye, ya que cuand cua ndo o la int intens ensid idad ad sob sobrep repasa asa la vel veloci ocidad dad de in infil filtra tració ción n del sue suelo, lo, escurre un alto porcentaje de la Lluvia. En intensidades menores de la velocidad de infiltración, el volumen de escorrentía esta regido por el grado de saturación del suelo.
Porcentaje de humedad del suelo. En el momento de ocurrir una Lluvia, si el suelo esta seco, tendrá mayor capacidad de absorber agua. Si esta húmedo, se saturará rápidamente, iniciándose la escorrentía. EI grado de humedad del suelo esta muy relacionado con la frecuencia de las Lluvias.
Pendiente y micr Pendiente microrel orelieve ieve.. A ma mayo yorr gr grad ado o y lo long ngit itud ud de la pendiente, habrá menor tiempo de infiltración, y aumento del volumen y la velo ve loci cida dad d de la es esco corr rren entí tía. a. La ir irre regu gula lari rida dad d de dell re reli liev eve e fa favo vore rece ce la infiltración (obstáculos o planos horizontales), formando encharcamientos. También se propicia la concentración de la escorrentía si hay entalladuras, surcos o canales, en el sentido de la pendiente.
Estos fac Estos factor tores es no act actúa úan n in indep depen endie diente ntemen mente, te, ya qu que e la esc escorr orrent entía ía es un una a resultante de la acción simultanea de ellos.
VOLUMEN DE ESCORRENTIA Es necesario conocer la cantidad de agua que debe evacuarse de un lote, para seleccionarr y calcular obras de desvío que tengan la capacidad necesaria. Este selecciona calculo debe hacerse con base en las intensidade intensidades s máximas mas probables de Lluvia y depende además de otros factores tales como pendiente, longitud y área ár ea de dell te terr rren eno, o, cl clas ase e de su suel elo o y co cobe bert rtur ura. a. Da Dato tos s ex expe peri rime ment ntal ales es de Cenicafe han comprobado que son las Lluvias de gran intensidad las que causan la mayor escorrentía y la mayor erosión. Por esta razón, es necesario diseñar y calcular las obras de ingeniería con base en las Lluvias de intensidad mas probable, que ocurran en un periodo mínimo de 10 anos, según el estudio de lo los s reg regist istros ros met meteo eorol rológ ógico icos s de un una a reg regió ión. n. No se de deben ben uti utililizar zar lo los s promedios de intensidades para cálculos de estructuras de conducción ya que estos pueden resultar cortos con respecto a la intensidad más probable de una zona. Tampoco es conveniente utilizar la máxima intensidad absoluta en los cálculos, ya que las obras obras serían demasiado grandes, y la probabilidad probabilidad de que ocurra esa máxima intensidad, seria muy remota. Solo se justifica el uso de máximas absolutas cuando se trata de protección de viviendas, construcciones costosas y obras da ingeniería ingeniería..
EVACUACION EVA CUACION DE AGUAS DE ESCORRENTIA
Aunque algunas practicas culturales buscan disminui disminuirr la velocidad de la escorrentía y propiciar la infiltración, siempre habrá un punto de saturación del suelo sue lo que cau cause se esc escorr orrent entía. ía. Es ne neces cesari ario o po porr lo tan tanto, to, com combi binar nar est estas as práctica prác ticas s con obras hidr hidrául áulicas icas para evac evacuar uar el exce exceso so de agua (canales, (canales, desagües) o impedir que la escorrentía cause erosión. Por otra parte, en suelos poco profundos, sueltos o que descansan sobre planos de deslizamiento u horizontes impermeables, no se puede propiciar la infiltración y es necesario evacuar la escorrentía para evitar remociones masales (derrumbes, coladas de barro, solifluxiones, etc.). No se debe esperar que toda el agua Llegue al final de un lote para evacuarla, ya que alcanzaría un volumen y una velocidad grandes que causarían erosión. Es necesario, por lo tanto, ir evacuando dicha escorrentía a intervalos, por medio de zanjilla zanjillas, s, acequias o canales.
DESAGUES NATURALES Son las quebradas, chorros, hondonadas y depresiones naturales que sirven para la conducción de las aguas sobrantes de una ladera. En las épocas lluviosas reciben grandes cantidades de agua que tienden a formar cárcavas y derrumbes. Hay que proteger estos desagües y propiciar la vegetación nativa y plantas protectoras tales como pastos, cañabrava, guadua, bambú. En los sitios mas peligrosos por el cambio de pendiente, o donde reciben aguas agu as de ram ramal ales es o ace acequ quias ias,, se de deben ben con constr struir uir esc escal alone ones s de pie piedra dra,, diques amortiguadores y fajas de pasto. También es conveniente acumular en los desagües todas las piedras y troncos que resulten del Iote.
ZANJILLAS OE ABSORCION Consisten Consis ten en peq pequeñ ueños os sur surcos cos con constr struid uidos os a int interv ervalo alos s co corto rtos. s. Se trazan siguiendo curvas a nivel, con un azadón o una herramienta similar. La profundidad de estas zanjillas es entre 5 y 10 centímetros y no tienen desnivel para que el agua se infiltre. Esta practica debe emplea emp learse rse en zon zonas as de esc escasa asas s Llu Lluvia vias, s, o en sue suelos los de tex textur turas as gruesas, gruesa s, o muy gruesas gruesas,, sin estructu estructura ra o est estruc ructur tura a déb débil, il, con el fin de propiciar la infiltración y la retención de humedad. También se usan en suelos de texturas finas, compactos, de baja capacidad de infiltración en regiones secas. En suelos sueltos o arenosos, deben construirse muy superficialmente y con una base ancha (en forma de batea). En suelos compactos y de estructura moderada o fuerte, pueden hacerse mas angostas y profundas. No se deben construir estas zanjillas, en suelos sueltos con capas interiores impermeables, ni en zonas Iluviosas, ya que si son de pendiente suave, ocasi oca siona onan n pro probl blema emas s de dre drenaj naje, e, y si son muy pe pendi ndien entes tes oca ocasio siona nan n deslizamientos, derrumbes o problemas de solifluxión. Debido a su tamaño, esta es tas s za zanj njil illa las s se se sedi dime ment ntan an y bo borr rran an fá fáci cilm lmen ente te,, po porr lo cu cual al de debe ben n considerarse como obras temporales que es necesario limpiar o reconstruir periódicamente.
ZANJILLAS DE DESAGUE Son similares a las zanjillas de absorción, pero en este caso se busca la evacuación de las aguas a intervalos cortos. Estas zanjillas deben tener una pendiente de 0,5 a 2 por mil y se construyen a intervalos de 10 a 2 metros según aumente la pendiente y el volumen de escorrentía. Se deben utilizar en zunas Iluviosas y en suelos muy pendientes (mayores de 40 0/0l, en los cuales no se recomienda la construcción de acequias de ladera o canales de desviación. También se deben emplear en suelos poco. profundos, que no
permitan la excavación de acequias o canales, y en suelos con el primer horizonte estable y el segundo muy susceptible a la erosión, como en el caso de la las s un unida idade des s Mo Monte nteneg negro, ro, Qui Quind ndío, ío, An Anaim aime e y Fon Fondes desa a ent entre re otr otras, as, siempre que el horizonte orgánico existe. En cultivos de surcos continuos (papa, hortalizas etc.) puede hacerse el surcado con un desnivel de 1 a 2 por mil, de tal manera que el espacio entre los surcos f uncione como zanjillas. zanjillas. En aquell aqu ellos os sue suelos los do donde nde la in infil filtra tració ción n pue puede de ser pe pelig ligros rosa a por pro proble blemas mas pote po tenc ncia iale les s de re remo moci cion ones es ma masa sale les s (s (sue uelo los s de deri riva vado dos s de es esqu quis isto tos, s, anfibolitas, areniscas, granitos, etc.), no se deben hacer zanjillas a menos que exista un horizonte orgánico profundo y estable que lo permita. Estas zanjillas se sedimentan rápidamente, haciendo costoso su mantenimiento. En suelos arcillosos pendientes, las zanjillas favorecen el drenaje. En algunos casos, cas os, se rec recomi omiend endan an par para a la pr prote otecci cción ón o est estab abililiza izació ción n de tal talude udes s y derrumbes.
2.4 ACEQUIAS DE LADERA Son pequeños canales de 30 centímetros de ancho en el fondo (plantilla), taludes 1:1 en suelos estables, 3/4:1 0 1/2:1 en suelos muy estables, y 1 1/2:1 0 2.1 en suelos poco estables o susceptibles a la erosión (suelos muy Iivianos). Su desnivel y profundidad son variables. Se construyen a través de la pendiente, a intervalos que varían con esta y con la clase de cultivo (tablas 5.1 y 5.2 y figura 5.1). Las acequias son aconsejables en zonas con Lluvias intensas y en áreas con suelos pesad pe sados os,, po poco co per permea meabl bles, es, do donde nde hay exc exceso eso de esc escorr orren entía tía,, y en sue suelo los s susceptibles a la erosión con pendientes hasta 40 % y longitudes largas. No se deben construir en terrenos con cultivos limpios o potreros de mas de 30 % de pendiente,, ni en terrenos con cultivos de semibosque (café, cacao, etc.) de mas de pendiente 50 % de pendiente. EI desnivel de las acequias varia de 0,5 a 1% y la profundidad es la que mayorme mayormente nte de deter termin mina a la cap capaci acidad dad de de desca scarga rga (ta (tabl bla a 5.3 5.3). ). Las acequi ace quias as de lad ladera era deb deben en pro proteg tegers erse e con un una a bar barrer rera a viv viva a sim simple ple o do doble ble,, sembrada de 15 a 30 centímetros del borde superior, con el objeto de frenar la fuerza fue rza de dell ag agua ua y fil filtra trarr lo los s sed sedime imento ntos. s. Se de deben ben desagua desaguarr en un sit sitio io bie bien n proteg pro tegid ido o con vegetac vegetació ión, n, en do donde nde no vay vayan an a cau causar sar ero erosi sión. ón. Se tra traza zan n y construyen desde el desagüe hacia arriba, asegurándose que el fondo quede lo suficientemente alto sobre el desagüe (20-40 cm), para que el agua que baje por éste ést e no pe penet netre re a la las s ace acequ quias ias,, o la las s rep repres rese. e. En la con constr strucc ucció ión n de var varia ias s acequias, debe iniciarse con la mas alta del terreno, pues de otro modo se podrían dañar las mas bajas por un aguacero fuerte.
ACEQUIAS DE LADERA EN TERRENOS TERRENOS OCUPADOS CON CULTIVOS CULTIVOS LIMPIOS CON 30 cm. DE PLANTILLA Y TALUD 1:1 Pendiente del terreno % 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Espaciamient o entre acequias m 42,0 30,6 25,0 21,6 19,3 17,7 16,5 15,5 14,8 14,2 13,6 13,2 12,8 12,O 11,2 10,6 10,0 9,5 9,0 8,6 8,2 7,8 7,5 7,2 6,9 6,6 6,4 6,2 6,0
Area servida (m2) por c/100m de canal 4.200 3.066 2.500 2.160 1.933 1.771 1.650 1.555 1.486 1.418 1.366 1.323 1.285 1.200 1,125 1.060 1.000 950 900 858 820 783 750 720 695 667 644 620 600
Descarga Metros de (q en l/seg) por acequia por Ha c/100m de canal 109,5 238 95,0 326 65,0 400 56,0 464 50,0 518 64, 0 565 43,0 606 40,5 615 38,5 675 36,9 705 35,5 730 34,4 755 33,4 780 31,2 635 29,2 890 27,6 945 28,0 1000 24,6 1055 23,4 111O 22,3 1165 21,3 1220 2O,4 1275 19,5 1330 18,7 1390 18,0 1440 17,3 1500 16,3 1550 15,8 1612 15,6 1670
Límite de longitud de la acequia 90 100 120 140 160 I80 200 220 260 270 280 290 300 320 340 360 380 400 420 450 470 490 500 500 500 500 500 500 500
ACEQUIAS DE LADERA EN TERRENOS TERRENOS OCUPADOS CON CULTIVOS CULTIVOS LIMPIOS CON 30 cm. DE PLANTILLA Y TALUD 1:1 Pendiente
Espaciamie nto entre
Area servida
Descarga
Metros de acequia
Límite de longitud de
%
m
(m2) por c/100m de canal
10 11 12 13 14 15 I6 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 32 34 36 38 40
40,0 36,4 33,3 30,8 28,6 26,7 25,0 23,5 22,0 21,0 25,0 23,7 22,7 2I,6 20,8 20,0 19,2 18,5 17,8 17,2 20,0 18,8 17, 6 16,7 16,8 15,0
4.000 3.640 3.330 3.080 2.860 2.670 2.500 2.350 2.200 2.100 2.500 2.370 2.270 2.160 2.080 2.000 1.920 1.850 1.780 1.720 2.000 1.880 1.760 1.670 1.680 1.500
del terreno
acequias
(q en l/seg) por c/100m de canal 78,0 71,0 65,0 60,0 56,0 52,0 49,0 46,0 43,0 41,0 48,6 46,1 44,1 42,0 40,4 38,9 37,3 36,0 34,6 33,4 38,9 36,6 34,2 32,5 30,7 29,2
por Ha
la acequia
250 275 300 325 373 375 400 426 455 476 400 422 440 463 480 500 520 540 562 581 500 532 568 600 633 687
110 110 120 130 140 150 160 180 200 210 180 180 200 200 210 220 220 230 230 240 220 220 230 240 250 300
Los datos son normales para un suelo estable; para suelos menos estables debe reducirse el espaciamiento y para suelos muy estables aumentarlo. Federación Federación Nacional de Cafeteros de Colombia. Manual del Cafetero ,Bogotá, f969. 39B p.
ACEQUIAS DE LADERA LADERA DE 0,30 METROS METROS DE PLANTILLA,TALUD PLANTILLA,TALUD 1:1 DESNIVEL DE LA ACEOUIA (S)
0,5 %
1%
PROFUNDIDAD METROS(D)
DESCARGA (Q) EN LIT ITR ROS POR SEGUNDO
0, 10 0,12 0,15 0, 18 0,21 0,25 0,10 0,12 0,15
10,6 22,1 37,5 57,5 81,5 110,0 15,0 32,0 55,5
Adaptado del Manual Manual del Cafetero. Cafetero. Federación Federación Nacional de Cafeteros Cafeteros de Colombia, Colombia, 1969.
b.
2.5 CANALES DE DESVIACION
Son es Son estr truc uctu tura ras s pa para ra ev evac acua uarr vo volú lúme mene nes s co cons nsid ider erab able les s de ag agua ua (d (de e escorrentía, drenaje, acueductos, desagües, beneficiaderos, etc.) y su costo es relativamente alto. Se les da generalmente una sección trapezoidal y hay necesidad de calcularlos y diseñarlos individualmente para las condiciones en que van a trabajar. Sus pendientes fluctúan entre 0,5 y 5 % o (máximo). Cuando se hacen con pendientes mayores, deben revestirse con pastos, o protegers prote gerse e con obras trans transvers versales ales (trinchos, (trinchos, barre barreras, ras, etc.). En la parte superior del canal, y a todo lo largo, debe sembrarse una barrera viva doble, de 30 a 50 cm del borde. Estas estructuras son mas efectivas cuando sirven en ár área eas s qu que e es esté tén n cu cubi bier erta tas s de bo bosq sque ues s o de pa past stos os,, pu pues es en ta tale les s condiciones no ocurren sedimentaciones que son la causa mas frecuente de su fra fracas caso. o. Cu Cuand ando o sir sirven ven en lo lotes tes ocu ocupad pados os con cul cultiv tivos os lilimpi mpios, os, que necesitan escardas periódicas, las barreras vivas deben complementarse con una faja amortiguadora ancha sobre el borde superior del canal, la cual se mantiene sembrada de pasto para que filtre el agua de escorrentía. Así, evit ev itan an co cost stos osos os tr trab abaj ajos os de ma mant nten enim imie ient nto o y se as aseg egur ura a un bu buen en funcionamiento del canal. Para evitar la entrada de aguas a una cárcava que presente grave peligro de erosión, el canal debe localizarse a una distancia prudencial de la cabeza o extremo superior de ella, de manera que quede construido sobre terreno firme. La estructura debe quedar a una distancia superior a tres veces la profundida profundidad d de la cárcava. Cuando se desea proteger áreas bajas de la escorrentía proveniente de la parte alta de la vertiente, el canal se construye a la menor distancia posible de la zona que se quiere proteg pro teger. er. Lo Los s cau cauces ces na natur turale ales s o ar artif tifici iciale ales s que in integ tegren ren el sis sistem tema a de evacua eva cuació ción, n, deb deberá erán n cub cubrir rirse se con una con conven venien iente te veg vegeta etació ción n y con contar tar además con defensas apropiadas en su curso, que tiendan a aminorar la velocidad de la corriente y su acción erosiva (presas de piedra acomodada, de rama ramas, s, de guad guaduas, uas, malezas bien mane manejada jadas, s, barr barreras eras vivas tupi tupidas, das, saltos).
Pasos para la construcción de un canal rústico
