DISEÑO DRENAJE SUPERFICIAL

DISEÑO DRENAJE SUPERFICIAL

Leopoldo Juvenal Ortega Corrales

Ingeniero Agrónomo

INIA Remehue

I. INTRODUCCION

El drenaje es una tecnología que tiene como objetivo eliminar el exceso de agua que se puede acumular, tanto en la superficie como en el interior del suelo, con el fin de proporcionar las condiciones de aireación y actividad biológica necesarias para el crecimiento y desarrollo de las raíces.

Según la localización de los excesos de agua, el drenaje se clasifica en subsuperficial o superficial.

En drenaje subsuperficial, el problema consiste en un exceso de agua en el perfil del suelo, debido a la presencia de una napa freática, permanente o fluctuante, ubicada sobre una estrata impermeable.

Por drenaje superficial, se entiende la remoción de los excesos de agua que se acumulan sobre la superficie del terreno, a causa de lluvias muy intensas y frecuentes, topografía muy plana e irregular y suelos poco permeables (Rojas, 1984).

El tema del drenaje subsuperficial ha sido objeto de muchos estudios y la literatura abunda en referencias al respecto; no ocurriendo lo mismo con el drenaje superficial de tierras agrícolas, que prácticamente está comenzando a ser estudiado en detalle (Rojas, 1984).

El exceso de agua sobre los terrenos puede ser ocasionado por cuatro causas principales: precipitación, inundaciones, limitaciones topográficas y limitaciones edáficas. La precipitación es la principal fuente de exceso de agua; las inundaciones son consecuencia de la precipitación y las limitaciones topográficas y edáficas contribuyen a agravar la acción de las causas anteriores (Rojas, 1984).

El desbordamiento de los ríos es causa de algunos problemas de drenaje superficial, pero se considera como un problema de control de inundaciones relacionado al manejo de cuencas, más que con un tema de diseño de drenaje superficial propiamente tal.

En el suelo, las características de textura arcillosa, estructura masiva y de estratificación, son determinantes en la formación de problemas de drenaje superficial.

La topografía es causante del problema de drenaje superficial, en el caso de topografías muy planas (< 0,5% de pendiente), presencia de depresiones sin salida natural y cuando existe microrelieve con depresiones pequeñas y medianas.

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, durante un tiempo superior al que los cultivos pueden soportar sin manifestar serios efectos sobre los rendimiento y/o sobrevivencia.

Los tipos más característicos de problemas de drenaje del Sur de Chile, y en particular los de la Xa. Región, conocidos comúnmente como “Ñadis”, “hualves” y “vegas”, corresponden a problemas de drenaje superficial.

II. PRINCIPIOS Y CRITERIOS DE DISEÑO.

2.1 Modelo Hidrológico.

En diseño de drenaje superficial, sólo se considera el exceso de agua en la superficie sin considerar el flujo sub-superficial. De esta forma el sistema se reduce al representado en la Figura 1.

FIGURA 1. 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, se puede determinar la escorrentía, la cual constituye la información básica para el cálculo de la red de drenaje.

2.2 Criterio de Cálculo de la Escorrentía.

El criterio que se utiliza para el cálculo de la escorrentía para drenaje superficial con fines agrícolas, es que lo importante es evacuar el exceso de agua en un tiempo razonable de acuerdo a la sensibilidad del cultivo, y por lo tanto, lo que nos interesa no es precisamente la crecida máxima, sino la escorrentía total en un cierto período de tiempo. Por consiguiente, se acepta además, que parte de la cuenca pueda estar inundada durante algunas horas.

Por lo tanto, no se deben utilizar para estos fines, aquellos métodos que han sido establecidos para el cálculo de las crecidas máximas instantáneas, como la Ecuación Racional y el Hidrograma Unitario, salvo en aquellos casos en que se requieran para el diseño de algunas estructuras, como alcantarillas y puentes.

2.3 Componentes del Sistema de Drenaje.

Es necesario diferenciar dos componentes del diseño de drenaje superficial: el primero es el cálculo de la red colectora principal y el segundo se refiere a la determinación de la capacidad de las tierras para permitir el flujo del exceso de agua hacia esos colectores.

El primer componente, o sea, el diseño de la red colectora, ha sido el más estudiado hasta ahora y en la actualidad existen métodos suficientemente aceptables para realizar el diseño.

El segundo componente es más complicado puesto que depende del microrelieve 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 microrelive del terreno a fin de proporcionar pendientes que permitan una rápida evacuación de las aguas. También para este mismo fin se pueden utilizar los drenes topo, que cumplen el objetivo de recolectar y conducir el agua de saturación hacia los colectores.

III. METODO CURVA NUMERO ADAPTADO POR ROJAS, PARA EL CALCULO DE LA ESCORRENTIA.

Lamentablemente, las Bases Técnicas de los Concursos de Drenaje de la Ley 18.450 no contemplan un trato diferenciado para los proyectos de Drenaje Superficial, y tampoco permiten el uso de métodos alternativos para el cálculo de escorrentías y caudales, no quedando otra salida que utilizar una de las tres metodologías indicadas en el numeral 2.2 ”Determinación de la fuente de recarga que origina el problema de drenaje” , las que no corresponden al caso, ya que son conceptual y técnicamente solamente aplicables al caso de drenaje subsuperficial.

Es importante que los profesionales y consultores que participan de la Ley de Fomento, tengan conciencia de este problema, que debería ser resuelto lo antes posible, ya que en la medida que no cambie esta situación, “no queda más remedio” que “someterse” a las Bases, con la salvedad de conocer en qué medida los resultados obtenidos con la metodología 2.2 b) de las Bases (recarga proveniente de aguas lluvias) difieren de los obtenidos con un método más conceptualmente correcto.

Con este propósito, se recomienda la utilización del “Método Curva Número adaptado por Rojas”.

Este método fue desarrollado para drenaje superficial por el Ing. Rafael Rojas, como investigador del CIDIAT, en 1984, y se tienen referencias que ha dado buenos resultados en los llanos tropicales. El método se fundamenta en consideraciones hidrológicas (precipitación y características de la cuenca) y agronómicas (suelo y cultivo).

Este método calcula la escorrentía total en un determinado período de tiempo, y no la crecida máxima instantánea, como es el caso de métodos como la Ecuación Racional y el Hidrograma Unitario.

Este enfoque se basa en que para drenaje superficial con fines agrícolas, lo importante es evacuar el exceso de agua en un tiempo razonable de acuerdo a la sensibilidad del cultivo, y por lo tanto, lo que nos interesa no es precisamente la crecida máxima, sino la escorrentía total. Por consiguiente, se acepta además, que parte de la cuenca pueda estar inundada durante algunas horas.

Este método es utilizado para estimar la escorrentía total a partir de datos de precipitación y otros parámetros de las cuencas de drenaje. El método fue desarrollado utilizando datos de un gran número de pequeñas cuencas experimentales:

El método consta de las siguientes etapas:

a) Cálculo de tiempo de drenaje (td).

b) Cálculo de la lluvia de diseño (Pd).

c) Cálculo de la escorrentía de diseño (E).

d) Cálculo del caudal de diseño (Q).

3.1 Cálculo del tiempo de drenaje (td).

El tiempo de drenaje es el tiempo de inundación que el cultivo tolera sin que se reduzca significativamente su producción. Este tiempo de inundación permite un nivel de daño pre-establecido para una cierta combinación de cultivo-suelo-clima, que se denomina "daño permisible", y se obtiene de consideraciones agronómicas.

La Figura 2 muestra esquemáticamente la relación entre el tiempo total, el tiempo de inundación o tiempo de drenaje y el tiempo requerido para alcanzar el 10% de aireación en el suelo.

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