Drenaje Solo Texto

Universidad Nacional de Salta Facultad de Ciencias Naturales Cátedra: Uso Sustentable del Suelo y Topografía

TRABAJO PRACTICO: DRENAJE DE SUELOS AGRICOLAS 

Objetivos: Identificar los factores que determinan el comportamiento del agua en el suelo.   Comprender los principios y leyes fundamentales para ser aplicados al cálculo y dimensionamiento de redes de drenaje.

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Actividades previas: Estudiar la presente guía.  De las diapositivas que se encuentran en www.unsa.edu.ar/suelos el alumno deberá revisarlas y  analizarlas en base a lo estudiado en la teoría y guía de Trabajos Prácticos. De los ejercicios resueltos el alumno deberá analizar:  ♦ La metodología empleada. ♦ Cómo se resuelve cada paso. ♦ Cómo se obtienen los datos.

I. DEFINICIONES Y CONCEPTOS Drenaje: Es la eliminación del exceso de agua del área irrigada, como así también el exceso de agua superficial; pero lo más importante es su eliminación de la zona radicular. Drenaje de áreas irrigadas: Es la eliminación del exceso de agua, tanto de la superficie como de la profundidad, que permita mantener la zona radicular aireada, para cultivos agrícolas, libres de acumulación de sales solubles. Drenaje superficial o desagüe: Es la eliminación del agua superflua, que se encuentra en superficie. Drenaje artificial: Es la eliminación del agua en exceso en el suelo, realizada por el HOMBRE, por medio de zanjas, canales, tuberías o bombeo. II. CLASIFICACIÓN DEL AGUA EN EL SUELO Si hacemos una perforación, como la realizada en el trabajo práctico de Freatimetría, podemos encontrar una sucesión de condiciones en el sistema suelo-agua-aire, para analizar variaciones en el contenido de humedad, distribución de presiones, etc. - Zona Zona no saturada saturada:: zona zona donde donde ha sido sido eliminada el agua gravitacional y por lo tanto, el espacio poroso se encuentra con aire y agua capilar. Es la zona de tensiones o presiones negativas. - Zona saturada: el espacio poroso está totalmente ocupado por agua, zona de presiones positivas. - Franja capilar: por arriba del nivel freático, hay una zona prácticamente saturada, saturación que decrece con la altura. III. CARACTERÍSTICAS DEL MEDIO PERMEABLE: Depende de las características de l suelo. - Rendimiento Específico: es la diferencia de porcentaje de humedad, que existe cuando un suelo pasa de saturación a capacidad de campo. Es el volumen de agua que sale del espacio poroso drenable (macroporos), cuando disminuye disminuye el nivel freático. freático. Permite determinar determinar qué ascenso ascenso de la freática freática ocurre cuando cuando se incorpora una lámina lámina extra de agua. S = P - Cc donde: S: Rendimiento específico (%) P: Porosidad (%) Cc: Capacidad de campo (%) P = [1 – (PEA/PER) ]. 100 1


PEA y PER: peso específico aparente y real del suelo, respectivamente.

Percolación profunda = lámina bruta (mm) . (1 - Eficiencia de riego) Elevación Nivel Freático = Percolación Profunda / S Cuando no se dispone de datos de laboratorio, se puede estimar S, con la siguiente fórmula (es un valor aproximado): S=

K/100

- Conductividad Hidráulica (K): representa la velocidad con que el agua puede moverse en el medio poroso, poro so, en función de un determinado gradiente hidráulico. Tiene dimensiones de velocidad. Clasificación de K por el Departamento de Agricultura de USA:

Clase Lenta Moderada Rápida Muy rápida

Velocidad (cm/h) menor de 0,5 0,5 - 13 13 - 25 mayor de 25

De las determinaciones a realizar para el diseño de un sistema de drenaje, el coeficiente K es uno de los valores más inciertos, debido a la heterogeneidad y disposición de los materiales permeables del perfil del suelo. El alumno deberá revisar los teóricos, para ampliar los conceptos de K. IV. EL DRENAJE ZONAL: Los estudios zonales de drenaje permiten determinar: - Causas de elevación del nivel freático. - Recarga de la freática, por aportes de un río o por pérdidas por eficiencia del riego muy baja. - Zonas con necesidad de drenaje parcelario. BENEFICIOS DEL DRENAJE - Remover los excesos de agua del suelo. - Remover los excesos de sales del suelo. - Mejorará la estructura del suelo. - Aumentar la profundidad de exploración del sistema radicular. - Mejorar la circulación del aire, lo que facilita un mejor arraigamiento de las plantas. - Impide la salinización o sodificación del suelo. - Favorece la recuperación de suelos salinos y sódicos. FUENTES DE EXCESO DE AGUA - Infiltración en la red de canales. - Percolación profunda en la parcela regada por riego poco eficiente. - Baja eficiencia de riego en zonas altas que afectan las zonas bajas. - Inundación por crecida de ríos y arroyos, en las zonas más bajas, sin un drenaje natural adecuado.

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PROFUNDIDADES OPTIMAS DEL NIVEL FREATICO ( según Israelsen) Clasificación

Profundidad del nivel freático

Bueno

Estable por debajo de los 2 m, alcanzando 1,80 m durante un periodo de unos 30 días/año.

Aceptable

A 1,80 m, que se eleva hasta 1,20 m durante 30 días al año. No se produce elevación en general.

Deficiente

Algo de álcali en la superficie. Nivel estable a 1,20 - 1,80 m durante 30 días al año.

Mala

A menos de 1,20 m y ascendente. Los drenes naturales y artificiales están demasiados distantes entre sí y drenan mal.

INVESTIGACION DE DRENAJE Y DISEÑO Los principales aspectos a investigar, con el objeto de eliminar los excesos de agua, que impiden el desarrollo radicular, son:  Levantamiento Planialtimétrico.  Profundidad del nivel de agua (red freatimétrica: isobatas).  Estudio de suelos.  Fuente de exceso de agua.  Dirección del movimiento de agua (isohipsas).  Conductividad hidráulica (K).  Nivel del colector con relación al terreno a drenar. OBTENCION DE DATOS El comportamiento de la freática, se determina mediante la instalación de una red o batería de freatímetros , cuyo número variará con las variaciones de la freática observadas a campo, debiendo considerarse también una frecuencia adecuada de lecturas, que pueden ser quincenales, mensuales. Es interesante pensar también en la instalación de uno o más freatígrafos, en los lugares considerados más representativos. Con los datos obtenidos se puede preparar el siguiente material: -

Mapa de Isobatas: Las isobatas, son líneas que unen puntos con igual profundidad del nivel freático y posibilitan determinar la GRAVEDAD AREAL, de los problemas de drenaje. Conviene hacer mapas de isobatas quincenales o mensuales y como mínimo obtener mapas de los meses críticos, principalmente abril y octubre para nuestra Provincia.

-

Mapa de isohipsas: Las isohipsas unen puntos con igual altura o cota de la capa freática y representan iguales cargas para el agua. Por lo tanto definen gradientes hidráulicos y caracteriza las zonas de recarga y descarga y la dirección de flujo, que es perpendicular a las isohipsas.

-

Mapa de Mínimos Niveles: No representa el flujo en ningún momento determinado, pero permite aproximadamente establecer el régimen permanente y básico del flujo y separar las recargas principales de la freática de los efectos de filtraciones temporales. Representan la máxima profundidad de la freática.

-

Mapa de Isoincrementos: Los isoincrementos unen puntos que en un determinado tiempo cambian igual magnitud su nivel freático, permite, siguiéndolos en forma secuenciada, determinar las áreas de recarga temporales y el modo y dirección en que la freática recupera el equilibrio. O sea que para un mes determinado y con respecto al mapa de Mínimos Niveles se obtiene la diferencia de la freática e indican la variación del Nivel freático en ese tiempo y la desaparición de algunos lugares que son de carga. Esos isoincrementos cuando se mantienen dan idea de los lugares donde se produce la pérdida de agua, ya sea por filtración en canales, baja eficiencia de riego, etc.

-

Mapa de Isosalinidad: Unen puntos de igual salinidad del extracto de saturación. Se hacen por lo general a 0,50 y 1,00 m de profundidad para observar la distribución de las sales en el perfil y su variación, como asimismo el grado de aporte de la freática. 3


Determinación de la Dirección de Flujo Para la construcción de la red de flujo, se puede seguir la siguiente norma: - Tomar la isohipsa de mayor valor y dividirla en segmentos iguales de 2 ó 3 cm. - Partiendo del punto de mayor cota, se trazan las líneas de corriente, cortando perpendicularmente las isohipsas, dejando correr el lápiz sin idea preconcebida o influencia alguna. - Trazadas las líneas base, se completa por el trazado de las secundarias, que se juntarán o separarán de las bases en función del sentido del flujo. - Las áreas donde se encuentran las líneas de corriente determinan salidas del flujo freático o sectores de descarga. - Las áreas en donde se despegan o se separan, son las áreas de carga. El alumno, debe observar y analizar los mapas que se adjuntan a esta guía, donde encontrará ejemplos reales de un área con problemas de freática en nuestra Provincia (localidad Colonia Santa Rosa, en el departamento Orán). V) COEFICIENTE DE DRENAJE Es la cantidad de agua, volumen o caudal, que elimina un suelo por medio del drenaje. Tiene unidades de m 3/seg/ha, m3/día/ha o mm/día. VI) DRENAJE PARCELARIO

Espaciamiento de los drenes Para su cálculo se cuenta con distintos métodos (fórmulas), que el alumno puede consultar en las clases teóricas. En esta Guía, desarrollaremos uno de los métodos. El objetivo final de todo sistema agrícola, es el de proveer a los cultivos, de un sistema que permita mantener un equilibrio adecuado entre el agua que ingresa y sale de la propiedad (riego, lluvia, desagües y drenajes), en forma tal que se evite un ascenso de la capa freática por encima del “horizonte” radicular. De un estudio sobre necesidades de drenaje en un área, puede surgir o no la necesidad del drenaje parcelario. El Drenaje Parcelario se diseña generalmente en forma de drenes paralelos (tubos o zanjas abiertas) colocados a una determinada profundidad y espaciamiento. Estos valores varían según sean las características del suelo, el cultivo y el clima del lugar. El cálculo de los mismos será el objeto de este Trabajo Práctico. Muchas ecuaciones usadas para este fin, asumen una situación de movimiento permanente, para lo cual se considera que la tabla de agua (freática) esta en equilibrio permanente con la fuente de recarga (lluvia o riego). Esta simplificación no es adecuada para el caso de riego, donde la tabla de agua y la recarga van variando continuamente, por eso es conveniente usar métodos que consideren el movimiento no permanente. En esta Guía se desarrollará el método de R. Glover del Bureau of Reclamation. Si un área determinada, tiene una descarga anual inferior a la recarga, se produce lógicamente una elevación del nivel freático. Si por el contrario existe un equilibrio entre el flujo de entrada y salida, el nivel se mantendrá dentro de una misma variación anual, pero sin tendencia a incrementarse. Esto último es la situación a que se debe llegar en una propiedad (e incluso en todo un distrito de riego) por efecto del drenaje (natural o artificial) y se denomina Equilibrio dinámico. El método que acá se desarrolla es el que ha usado con éxito el Bureau of Reclamation de los EE.UU. y en él se determina el ESPACIAMIENTO DE DRENES PARCELARIOS ; para obtener esta condición anual de equilibrio dinámico, en función de: 1) La mínima profundidad aceptable para la tabla de agua. 2) Condiciones específicas del suelo. 3) Condiciones de riego y cultivo. 4) Condiciones climáticas del área en estudio. En los distintos métodos a utilizar para calcular el espaciamiento, se observará que a mayor profundidad, se obtiene mayor espaciamiento y viceversa. 4


Los costos unitarios por metro excavado se incrementa en función de la profundidad, pero la relación longitud de drenes por unidad de superficie (m lineal dren/ha), disminuye en razón del mayor espaciamiento. Situación que es necesario analizar para obtener el mínimo costo. Generalmente, las profundidades mas empleadas son de 1,80 2,00 m.

VII) METODO DE GLOVER En este trabajo práctico, se realizará un ejemplo de Dimensionado de drenaje parcelario, por el método de flujo no permanente, en función del suelo, clima y cultivo. Para aplicar éste o cualquier otro método, lo fundamental es obtener los datos necesarios con la mayor precisión posible. Los datos necesarios son: - Profundidad del dren: depende de las posibilidades topográficas de los colectores y del cultivo ya sea anual o perenne. - Profundidad del hidroapoyo: se considera la capa de suelo cuya permeabilidad es 1/10 respecto de la capa freática y constituye el "piso" de la capa freática. Se la determina con pala barreno, cuando se encuentra a 2-4 m de profundidad y con perforadora a más profundidad. El método de Glover tiene dos casos o variantes, en ambos casos buscamos determinar el espaciamiento (L).

PRIMER CASO: Se conoce: - Yo: nivel de la freática al finalizar el riego (altura desde el dren a la freática luego de un riego). - Y: nivel de la freática al final del periodo de drenaje (altura desde el dren a la freática luego del drenaje). - K: conductividad hidráulica.

- d: distancia dren al hidroapoyo. - T: tiempo de drenaje - R E : S: rendimiento específico.

PROCEDIMIENTO: d' : d corregido (se obtiene del gráfico de la figura N ° 8). D = d' + Yo/2 Y /Yo = K.D.T / R°E°. L2 Y /Yo = valor conocido. Este valor lo corregimos con los gráficos de las figuras N° 9 y 10, según corresponda y luego despejamos el espaciamiento entre drenes: L=

K. D. T____ R°E° . Y/Yo corregido

SEGUNDO CASO: Prefijamos dos parámetros: - Separación de drenes hipotética (L hipotética). - Máxima elevación, que queremos, de la freática a partir del dren ( Yo) Además se conoce: K, d, T, R°E°

PROCEDIMIENTO: 5


d

d'

D

Y / Yo = K.D.T / R°E°. L2

Y= ? K.D.T / R°E°. L2 : es un valor conocido. Este valor lo corregimos con los gráficos de las figuras 9 y 10 según corresponda. Luego averiguamos Y. En el nuevo periodo o riego el nivel freático es:

Yo = Y (del riego anterior) + ENF (elevación nivel freático). Debemos verificar que el nivel freático de los sucesivos riegos no superen el Yo prefijado como máximo. Si lo supera, debemos probar con un L menor y en caso contrario, nos quedamos con el L prefijado.

VII) EJEMPLO: se desarrollará el ejercicio de aplicación N ° 7, por el método de Glover. Corresponde al segundo caso. Datos de suelo: - Profundidad dren = 2 m (depende de las posibilidades topográficas de los colectores y del cultivo). - Profundidad mínima nivel freático = 1,00 m. - Permeabilidad (K) = 1 m/día. - Rendimiento Específico del perfil (fig. N °1) (S) = 0,13. - Profundidad del hidroapoyo (1) = 4,00 m. (1) Se toma como tal, la capa situada debajo de los drenes cuya permeabilidad sea 1/10 respecto de la capa a drenar. - D: espesor promedio de la tabla de agua: D = d' + Yo / 2 donde d': profundidad equivalente según Hooghoudt, para corregir la hipótesis de flujo horizontal por el efecto del flujo radial debajo de los drenes.

Cálculo de d': Asumimos L = 100 m = 323 pies de la fig. N° 8, para d = 2 m = 6,55 pies se obtiene d' = 6 pies = 1,80 m. La profundidad equivalente se obtiene de la figura N ° 8, que es un gráfico que tiene en cuenta el flujo radial debajo del dren, donde justamente el mismo no es horizontal, (esto no ocurre si los drenes se apoyan en el hidroapoyo).

Cantidad de agua que se recarga: Para ello es necesario conocer o estimar la eficiencia de riego, así como también el exceso de agua a aplicar por necesidades de lavado, si este factor existiera. Supongamos en este caso que se pierde por percolación 40% o sea una eficiencia de riego =60%.

DATOS SOBRE CULTIVOS: (guía de riego). 6


Acá se pueden tener diferentes situaciones: a) Puede ser una parcela con monocultivo, en cuyo caso se debe conocer para este cultivo: 1) Lámina bruta a aplicar en cada riego, (incluyendo lavado). Esto implica un conocimiento completo del área en cuanto a suelo y clima. 2) Calendarios de riego. b) Una parcela donde se hagan rotaciones. en cuyo caso se deberán conocer los datos mencionados, para cada cultivo. c) Si en el diseño se abarcan varias parcelas (zonas de riego), se deberán conocer los cultivos de cada parcela, sus áreas respectivas (en este caso también se deberán tener en cuenta la eficiencia de conducción de los canales). Supongamos el caso de una parcela con rotaciones o varias parcelas con diferentes cultivos.

Cultivo

Lámina bruta (mm) (1)

Percolación profunda (mm) (2)

140 70 70

56 28 28

Alfalfa Maíz Huerta

Elev. napa (m) (3) 0,43 0,22 0,22

(1) Es la lámina de cada riego. (2) Es el producto de la lámina bruta por el % de percolación profunda. La lámina bruta incluirá según el caso Lámina de riego - Lámina de lavado - Lluvias probables (acá asumiremos el caso de solamente la lámina de riego). (3) Es el coeficiente de percolación profunda por el rendimiento específico (S), expresado en metros.

DATOS SOBRE LLUVIAS En el caso de que en las zonas las lluvias puedan llegar a ser factor importante, se deberán hacer estudios estadísticos de las mismas y tomar los datos de lluvia probable en cada mes, para agregar este factor al de lámina a aplicar. Con respecto a la elección de que lluvia (respecto a la magnitud de la misma) seleccionar, es importante decir que, asumiendo que se haya hecho un estudio de las precipitaciones, se puede decir que para cultivos de alto valor que pueden ser muy sensibles al exceso de agua (hortícolas, flores), se pueden tomar TR (tiempo de recurrencia) de 10 años y para cultivos menos sensibles al exceso de agua (alfalfa, pastos) TR de 5 años. Los frutales estarán en uno u otro caso, según sea la sensibilidad que tengan con referencia al hecho de soportar en casos de lluvias muy fuertes, algunas horas de inundación. Asumiendo un caso en que la tabla de agua (freática) llega a un máximo valor, con el último riego de la temporada, (se empieza el cálculo a partir de todo un año si es monocultivo y de varios años si en el campo se hace rotación de cultivos). En el ejemplo a desarrollar a continuación, se verá el caso de un monocultivo con exceso de riego por necesidades de lavado, por ejemplo alfalfa, para la que ya se calculó la elevación de la napa (0,43 m) en el cuadro anterior. A continuación analizaremos cómo se resuelve un ejercicio similar al Ejercicio Nº 7.

CALCULO DEL MOVIMIENTO DE LA NAPA En el cuadro siguiente, las columnas 1, 2 y 3, se obtienen de la guía de riego de la zona. La columna 4, como se vio, es el cociente de la percolación profunda de cada riego dividido por el rendimiento específico (S) del acuífero. La columna 5, indica la elevación de la napa, Yo, (a partir del nivel de los drenes), inmediatamente después de cada riego. 7


El valor de Yo, en la primera línea (al iniciar el análisis), se asume que es igual al máximo ascenso previsible de la napa. Este valor se establece a priori y depende de la profundidad de exploración radicular del cultivo que se considere. La columna 6 es D = d' + Yo / 2 La columna 7, es la función del flujo de drenaje y su valor es el producto de K / S.L 2 por las columnas 3 y 6. La columna 8, da la relación de la elevación de la napa al finalizar el periodo de drenaje Y, (antes del próximo riego), con respecto ala elevación Yo al iniciar el periodo de drenaje. Este valor de Y/Yo, es justamente el valor que resulta de la ecuación de flujo no permanente y su cálculo ha sido llevado a gráficos de fácil manejo. De las figuras 9 ó 10 según sea el caso, se obtiene el valor de la columna 8. La columna 9, es el producto de la columna 8 por Yo. El valor de Y, así obtenido indica la elevación de la napa (a partir del nivel de los drenes) al finalizar el intervalo de tiempo indicado en 3 o sea al finalizar el periodo de drenaje. El nuevo valor de Yo, para el periodo siguiente será el valor de elevación de la napa por efecto del riego (columna 4) más el valor de Y recién calculado. Siguiendo el cálculo para toda la temporada de riego, se ve si en algún momento el nivel sube por encima de la máxima elevación previsible, si esto ocurre, se cambia el valor asumido y se repite el análisis. Por lo tanto operaremos de la siguiente manera y con los siguientes datos: K = 1,00 m/día S = 0,13

L = 100 m. (valor asumido anteriormente). d' = 1,80 m (calculado anteriormente). Podemos obtener la siguiente constante: K / S . L 2 = 1 / 0,13 . 1002 =

Cultivo

Riego Nº

(1)

(2)

Alfalfa

16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Intervalo de riego (t) (días) (3) 82 23 28 30 30 29 16 15 15 15 15 15 15 10 10 17

1 / 1.300 Elevación de napa por riego (m)

Y0 (m)

D (m)

KDT/SL2 (m)

Y/Y0 (m)

Y (m)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43

1,00 0,73 1,00

2,30 2,16

0,145 0,039

0,30 0,78

0,30 0,57

Como se observa en el cuadro anterior, el espaciamiento es insuficiente , porque con el riego N ° 2, se llega a un valor de Yo igual a 1 m, que es el máximo ascenso prefijado. Por lo tanto probaremos con: 8


L = 50 m. K / S . L2 = 1 / 0,13 . 2.500 = 1 / 325 Se ha considerado el caso de riegos iguales a intervalos variables. En caso de riegos desiguales, se deberá agregar una columna con la lámina de cada riego. Cultivo (1) Alfalfa

Intervalo de Riego Nº riego (t) (días) (2) 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

(3) 82 23 28 30 30 29 16 15 15 15 15 15 15 10 10 17 -

Elevación de napa por riego (m)

Y0 (m)

D (m)

KDT/SL2 (m)

Y/Y0 (m)

Y (m)

(4) 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43

(5) 1,00 0,43 0,56 0,55 0,53 0,53 0,54 0,66 0,71 0,73 0,74 0,74 0,74 0,74 0,88 0,94 0,81

(6) 2,30 2,00 2,08 2,07 2,06 2,06 2,07 2,13 2,15 2,16 2,17 2,17 2,17 2,17 2,24 2,27 -

(7) 0,58 0,14 0,18 0,19 0,19 0,18 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,067 0,069 0,12 -

(8) 0,00 0,30 0,20 0,18 0,18 0,20 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,60 0,58 0,40 -

(9) 0,00 0,13 0,12 0,10 0,10 0,11 0,28 0,30 0,30 0,31 0,31 0,31 0,31 0,45 0,51 0,38 -

Del análisis de cuadro anterior, se observa que la separación es correcta, ya que el agua asciende a 94 cm. (columna 5), es decir no llega a ascender 100 cm, que es el máximo ascenso aceptable y prefijado para este ejemplo. Es importante hacer ver que el método indica claramente que cada cultivo produce su propio equilibrio dinámico, de modo que no es posible calcular los drenes, solamente con valores de suelo asumiendo un equilibrio estático que no existe.

Cálculo de las descargas para cada situación de "Y" y "D". Se expresan para drenes paralelos por metro de dren y en función de su espaciamiento L. q = 2. π .K . y . D / L Es importante notar que para cada intervalo de riego, se ha calculado el caudal al principio del mismo con Yo (columna 5) del cuadro anterior y al final con Y (columna 9). Igualmente se usan en el cálculo: D = d' + Yo / 2 (al principio) y D = d' + Y / 2 (al final de cada periodo)

q promedio: es el promedio aritmético de estos dos caudales así calculados para cada intervalo de riego, para el caso de drenes que no estén apoyados en el hidroapoyo. Si están apoyados en el hidroapoyo: q = 4 . π . K . Yo 2 / L 9


Estas fórmulas dan caudal en: m3 /día/por metro de dren y en función del espaciamiento L si K está en m/día y D, L e Y en metros. Si L = 50 m y tomamos 100 m de dren, dará el caudal a drenar en media ha. Si se posee la fórmula: q = [ (2 .π . K ) / L ] .y . D

se tiene:

q= [(2 . 3,14 . 1) / 50 ] . y . D = 0,1256 . y. D Cultivo Alfalfa

Riego N 16

q (m3 /día/m de dren)

0,1256 "

Yo D 1,00 . 2,30 =0,289

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

0,144

0,00 . 1,80 = 0,000 Y

1

q (prom.)

D

"

0,43 . 2,00 = 0,108

"

0,13 . 1,86 = 0,030

"

0,56 . 2,08 = 0,146

"

0,10 . 1,86 = 0,029

"

0,55 . 2,07 = 0,145

"

0,10 . 1,85 = 0,023

"

0,53 . 2,06 = 0,137

"

0,10 . 1,85 = 0,023

"

0,53 . 2,06 = 0,137

"

0,11 . 1,85 = 0,025

"

0,54 . 2,07 = 0,137

"

0,23 . 1,92 = 0,055

"

0,66 . 2,13 = 0,175

“

0,28 . 1,94 = 0,068

"

0,71 . 2,15 = 0,192

"

0,30 . 1,95 = 0,073

"

0,73 . 2,16 = 0,197

"

0,31 . 1,95 = 0,075

"

0,74 . 2,17 = 0,200

"

0,31 . 1,96 = 0,076

"

0,74 . 2,17 = 0,200

"

0,31 . 1,96 = 0,076

“

0,74 . 2,17 = 0,200

"

0,31 . 1,98 = 0,076

"

0,74 . 2,17 = 0,200

“

0,45 . 2,02 = 0,114

"

0,88 . 2,24 = 0,247

"

0,51 . 2,05 = 0,130

"

0,94 . 2,27 = 0,267

0,069 0,087 0,084 0,080 0,081 0,091 0,121 0,132 0,136 0,138 0,138 0,138 0,157 0,188 0,181

10


“

0,38 . 1,99 = 0,095

VIII) DISEÑO Y CONSTRUCCION Una vez calculados los parámetros del drenaje parcelario, que como puede observar el alumno, se obtienen mediante fórmulas, es necesario realizar el PROYECTO de drenaje y fundamentalmente Ensayos de drenaje en Áreas Pilotos, a fin de confirmar y ajustar los parámetros obtenidos, sobre todo el espaciamiento. Otro aspecto a considerar es la adecuación del espaciamiento a la infraestructura existente, por ejemplo, caminos, casas, alambrados, canales, etc. La construcción del sistema de drenaje parcelario puede ser: - A cielo abierto

- Entubado Y la elección dependerá de: - Los costos. - Ventajas del sistema. - Valor de la tierra. Algunas ventajas del drenaje entubado: - Reduce el mantenimiento - Se eliminan obras de arte: puentes, acueductos, etc. - Se facilita el movimiento de maquinarias. - Se evita pérdida de suelo apto, lo que es importante si el valor de la tierra es alto. Ventajas del drenaje a cielo abierto: - Menos costo inicial. - Permite aumentar la profundidad de los drenes.

CONSTRUCCION: 2m

Relleno tierra natural

2m filtro

Dren tubo

1:1 a 1,5:1 inclinación talud

Dren a cielo abierto

Dren entubado

15 cm

Figura N 1 La construcción de los drenes a cielo abierto, se puede realizar con retroexcavadora.

Drenes de tubo: Los tubos de hormigón no deben utilizarse cuando el agua contiene más de 10.000 ppm de sales, con una proporción apreciable de sulfato. Se debe realizar pruebas de agresividad a las sales, al sulfato y a pH ácidos; porque el tubo se puede desintegrar en pocos años. Tiene buena resistencia mecánica y térmica.

Colocación: entre un tubo y otro queda un espacio de 1-3 mm, debido a las irregularidades propias de su fabricación. Es una buena práctica, colocar una tira de papel alquitranado por la parte superior, que cubre un tercio de la circunferencia e impide que entre suelo al tubo. El papel impide también que el tubo se salga de su posición cuando se coloca el relleno. La pendiente de los tubos es de 0,1 - 0,2%. Longitud de los tubos: 30 - 70 cm. 11


Diámetro: 4" - 8" La desembocadura del dren parcelario entubado debe llevar una rejilla para que no entren roedores, sapos, etc. Para la colocación de los tubos, una vez excavada la zanja, se verifica la pendiente y se estaquea cada 15 m y se unen las estaciones con alambre o piolín tensado. El material filtrante, a utilizar debe ser de mayor permeabilidad que el suelo. Se utiliza arena, gravilla, grava. Una regla empírica segura, indica que la K del contorno debe ser 10 a 100 veces mayor que la del suelo. Algunos valores típicos para la grava son: (extraído de "Ensayos de Drenaje").( FAO N° 28. 1976):

TIPO Grava redondeada Grava redondeada Grava redondeada más arena gruesa

TAMAÑO (mm) 10 - 18 4 – 13 0,5- 9

K (m/día) 32.000 3.800 800

Una vez colocado el filtro, se apisona para evitar posteriores asentamientos que desaliñen los tubos. Una vez colocado el tubo y el resto del material filtrante, se rellena con tierra natural en capas de 30 cm, compactándolo. Los tubos pueden ser también de barro cocido, son de alguna resistencia química, no soportan variaciones térmicas, regular resistencia a las cargas, de igual dimensión de los de hormigón. También los hay de PVC, son livianos, alta resistencia química y a las cargas cuando son corrugados, de 5-6 m de longitud o en rollo y el pasaje de agua se realiza por ranuras de 3,5 cm por 0,5 cm de ancho, a razón de unas 40 ranuras por metro lineal. Las ranuras generalmente son longitudinales para evitar debilitar el tubo.

IX) OSCILACION DE LA FREATICA En las figuras N ° 5 y 6 se muestran freatigramas, que el alumno deberá interpretar. Estos se logran con un aparato denominado freatígrafo. Se trata de oscilaciones diarias de la freática, que en el caso de la fig. 5 son de verano y se observa variación; mientras que en el caso de la fig. 6 son de invierno y se mantiene prácticamente constante.

X) EJERCICIOS DE APLICACION 1- Si se encuentra el nivel freático a 1 m de profundidad, calcular cuánto se eleva dicho nivel, con los siguientes datos: Lámina de riego :

130 mm

Eficiencia de riego: 60 % C.C.:

27 %

PEA:

1,5 gr/cm3

PER:

2,65

2- El alumno deberá interpretar el mapa de isobatas y obtener conclusiones, como por ejemplo la equidistancia aconsejable, objetivo del mapa, etc. 3- Interpretar el mapa de isohipsas, determinar la dirección de flujo, las áreas de carga y las áreas de descarga. 4- Coeficiente de drenaje: explicar qué indica y calcular el volumen de agua a eliminar por los colectores para una superficie de 20 ha con los siguientes datos: Necesidad de riego: 130 mm/ha/mes (enero)

12


Eficiencia de riego: 40 % Expresar los resultados en: l/seg/ha; m3/día/ha; mm/día. 5- Con los datos del ejercicio 4, determinar el espaciamiento necesario para eliminar el exceso de agua aplicado a un terreno, si el nivel freático se encuentra a 0,5 m y se quiere bajar a 1,50 m. Datos: Prof. dren: para obtenerlo el alumno deberá realizar un croquis con los datos del ejercicio. Hidroapoyo:4 m. K: 2 m/día Utilizar la fórmula: S2 = 4KH (2d + H) / V V: Coeficiente de drenaje. S: Distancia entre drenes. d: Distancia del dren al hidroapoyo. 6- Proyectar un sistema de drenaje entubado, para una propiedad de 20 ha, si se quiere bajar el nivel freático inicial de 0,5 m a 1,50 m, en un término de 20 días. Utilizar la fórmula de Glover. (En este ejercicio el alumno calculará L, en base a un esquema predeterminado y es la diferencia con el planteo del ejercicio 7). Datos: Profundidad del dren: ? Hidroapoyo: 3 m. K: 2 m/día.

D = d + Yo / 2

Pendiente: 0,3 % R.E.: 0,18 Utilizar la fórmula:

Y / Yo = K. D. T / R.E. L2

(x)

Q = 2. π K. y. D / L Q: caudal en m 3/día/m de dren. Diámetro tubo = [ Q /24 . S 1/2 ] 3/8 S: pendiente en uno por uno. Q: m3/seg. (x) Esta fórmula se ajusta más a la realidad, porque emplea el concepto de que la capa freática no esta en equilibrio permanente con las lluvias o con el riego, o sea que la carga hidráulica en cualquier punto no es constante y cambia con el tiempo. - calcular el espaciamiento. - Para las 20 ha si la propiedad tiene las siguientes dimensiones: 200 x 1.000 m, calcular: •

Caudal por m de dren.

•

Caudal por dren lateral.

•

Caudal a la salida del dren primario en l/seg y en m 3/h.

•

Diámetro del colector primario en 4 tramos. 13


200 m -------------

o i r a d n u c e s r o t c e l o C

dren lateral------------------------.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

NF

1 .0 0 0 m

-------------

hidroapoyo

Colector principal

Figura N 2 7- Calcular por el método de Glover, el espaciamiento de drenes parcelarios con los siguientes datos: (Se calculará L teniendo en cuenta las fluctuaciones de la freática): Valor inicial L = 150 m. • Profundidad dren = 2 m. • Profundidad hidroapoyo = 5 m. • Profundidad mínima nivel freático = 80 cm. • Permeabilidad (K) = 1 m/día. • Rendimiento específico (S) = buscar en fig. N ° 1. • Eficiencia de riego = 60% • Lámina (mm)

Percolación (mm)

Elevación napa (m)

60 80 100 110 120 Qué indica S y cómo lo calculó. -Cómo calculó Yo y qué indica. -Qué indica Y. -Realice un croquis con los datos del ejercicio. -Qué indica el resultado obtenido con

L = 150 m y qué debe hacer.

-Calcular la descarga.

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Cultivo Riego Nº (1)

(2) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Intervalo Lámina Elevación riego (t) (mm) (m) (días) (3) 95 30 30 30 15 15 15 15 15 15 15 15 30 30

(4) 60 60 100 80 80 110 110 120 120 80 80 80 60

(5)

Y0 (m)

D (m)

KDT/SL2 (m)

Y/Y0 (m)

(6)

(7)

(8)

(9)

Y (m)

8- Calcular cuánto descenderá por día el nivel freático, si en un campo de 30 ha se elimina un caudal de 15 l/seg. Datos: Porosidad = 49 % C.C. =

27 %

9- Cuáles son las ventajas y desventajas de los drenes entubados y a cielo abierto. 10- Cuál es el fundamento y las premisas del método de Glover. 11- Cómo se conserva un dren a cielo abierto. 12- Cómo se controla el funcionamiento de los drenes entubados y cómo se realiza la limpieza. 13- En un sistema de drenaje al bajar la freática se producirán cambios en las propiedades físicas y químicas del suelo?, cuáles?, porqué?, qué ocurrirá con el coeficiente K, porqué?. 14- Interpretar la Fig. N ° 3.

Bibliografía Capítulo XVI del Manual de la Cátedra: “Villanueva, G.; Osinaga, R; Chávez, A. 2004. El Uso Sustentable de Facultad de Ciencias Naturales. Universidad Nacional de Salta.

los Suelos.

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Figura Nº 3 Isohipsas y Dirección del Flujo Freático (Abril de 1980) de Colonia Santa Rosa (Salta) Las isohipsas con equidistancia de 1 m, están expresadas con relación al nivel del mar. (IGM) Fuente: Preparado con información del Proyecto NOA Hídrico (1981)

Figura Nº 4 Isóbatas (Abril de 1980), Situación Crítica, de Colonia Santa Rosa (Salta) Fuente: Elaborado con información del Plan NOA Hídrico, Salta (1981)

Figura Nº 5 Freatigramas de Verano e Invierno de Colonia “El Sauzal” (La Pampa)

Figura Nº 6 Freatigramas de Verano e Invierno de Colonia “El Sauzal” (La Pampa

Fuente: Villanueva. 1964. “Características de la Napa Freática de Colonia “El Sauzal”, 25 de Mayo, La Pampa”

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Figura N’ 7 Cálculo de drenes parcelarios Figura Nº 8 Relación entre d1, d′ y Separación de Drenes (E, en pulgadas), según los Diámetros del Dren a: Para r = 0,7 pies b: Para r = 0,8 pies Fuente: Luthin. 1966. “Drainage Engineering”. New Cork

8.a

a í d / m n e K

8.b

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Figura N 9 y 10

12

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21

Drenaje Solo Texto

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