Download - D.S. Rojas M, R
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DRENAJE SUPERFICIAL
EN
TIERRAS AGRICOLAS
(
R a f a e l M . R o j a s
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Derie: Riegc v Drenane _ - . M D . - Rarael M. Roas RD-21
V
CENTRO INTERAMERICANO DE DESARROLLO INTEGRAL DE AGUAS Y TIERRAS
C.I.D.I.A.T. Apartado 219
Mrida, Venezuela
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I N D I C E
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1. INTRODUCCION 3
1.1 El d r e w j e s u p e r f i c i a l . . . . . . 3 1.2 El drenaje s u p e r f i c i a l en las zonas hmedas .y sub-hme-
das. . . . : . . . . . 4 1.3 Perspectivas del drenaje s u p e r f i c i a l 4 1.4 Alcance del t r a b a j o 4
i 2. CAUSAS DEL PROBLEMA . 5
2.1 Precipitacin 5 2.2 Inundaciones. 5 2.3 Suelos y topografa, 5
3. CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA 7
3.1 Daos a los c u l t i v o s 3.2 Mecanizacin 14 3.3 Problemas s a n i t a r i o s . . . . 14
3.3.1 Problemas f i t o s a n i t a r i o s 14 3.3.2 Sanidad animal 15 3.3.3 Sanidad humana 15
3.4 Dao a las i n f r a e s t r u c t u r a s 15 3.5 Otros daos 15
4. ESTUDIO Y DIAGNOSTICO DEL PROBLEMA 16
4.1 Clase de estudio . - 16 4.2 Informacin e x i s t e n t e . . 18
4.2.1 Fotografas areas 18 4.2.2 Mapas. 18 4.2.3 Estudios 18 4.2.4 Informes 19
4.3 Reconocimiento de campo . 19 4.4 Informacin bsica para-el estudio del problema de drena^
j e . . 21
4.4.1 Suelos 21 4.4.2 Hidrologa 21 4.4.3 Topografa y fotografas areas. . . . . . . . . 22 4.4.4 Agroeconoma. . 22
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INDICE (Continuacin)
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4.5 Diagnstico del problema y soluciones posibles. . . . . . 22
4.5.1 Fuentes de exceso de agua 23 4.5.2 Mapa de zonas mal drenadas 24 4.5.3 Mapa de cotas de inundacin, 24
5. PRINCIPIOS DE DRENAJE SUPERFICIAL . 27
5.1 Relacin precipitacin-escorrenta. . . * . . . 27 5.2 Precipitacin de diseo. . . . . . . . . . . . . 28 5.3 Infiltracin 29 5.4 Coeficiente de drenaje y ecuacin de diseo 29 5.5 Mtodos para c a l c u l a r la-escorrenta t o t a l 32 5.6 Mtodo del balance hdrico 32 5.7 Mtodo del S e r v i c i o de Suelos de Estados Unidos (SCS) . . 35 5.8 Ejemplo del clculo de l a escorrenta y el c o e f i c i e n t e de
drenaje. 42
6. METODOS DE DRENAJE SUPERFICIAL. . . . 44
6.1 El co n t r o l de las inundaciones. 45 6.2 El co n t r o l de las aguas de escorrenta y de reas adyacein
tes 45 6.3 El drenaje s u p e r f i c i a l l o c a l 45 6.4 Mtodos de conformacin del terreno 46
6.4.1 Conformacin (Land grading) 48 6.4.2 Emparejamiento (Land Smoothina) 48 6.4.3 Camellones anchos o bancales 51 6.4.4 Camellones angostos ( r i d g e p l a n t i n g ) 51
7. DISEO DE LA RED COLECTORA. , . 57
7.1 Clculo del c o e f i c i e n t e de drenaje o ecuacin de diseo.. 57 7.2 Trazado de l a red de drenaje 63 7.3 Dimensionamiento de l a red 63
7.3.1 Clculo de la capacidad de los Canales c o l e c t o r e s . 64
7.3.1.1 Clculo, de l a capacidad de los colectores en las i n t e r s e c c i o n e s . Regla del 20-40. . 64
7.3.1.2 Cmputo de reas equivalentes 66
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INDICE (Continuacin)
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7.4 Diseo d e f i n i t i v o , 70 7.5 Algunas consideraciones sobre el diseo de canales abier^
tos. 70 7.6 Caudales mximos de diseno 71 7.7 Estimacin de costos 73 7.8 Ejemplo del clculo de un sistema de drenaje. . . . . . 77
8. CONSIDERACIONES ECONOMICAS. 85 #
8.1 Costos y retornos de un sistema de manejo de aguas en el condado de J e f f e r s o n , New York, U.S.A . 85
8.2 Resultados obtenidos en los experimentos de drenaje en maz en suelos del Estado Portuguesa . 86
8.3 Ensayos en la Estacin Experimental de los Llanos, Cala-bozo 86
8.4 Ensayos de Foremaiz ( 1975) . 86
9. BIBLIOGRAFIA . 94
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LISTA DE FIGURAS
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3.1 Supervivencia de 4 pastos despus de haber sido sumergidos a temperaturas de 10, 20 y 30C, por un tiempo hasta 60 das . 12
3.2 I n f l u e n c i a de l a inundacin, contenido de 0 2 y C02 en el da-o a c u l t i v o s . . . . . . . . . . . . . . 13
4.1 Esquema del c i c l o hidrolgico en un p e r f i l de Sabana Caimn 25
4.2 Diagrama para diagnstico del problema de drenaje. 26
5.1 Sistema hidrolgico del drenaje s u p e r f i c i a l 28
5.2 Representacin grfica de l a ecuacin C = 1573 + 162 E para u t i l i z a r en la ecuacin Q = C Ha5/6 34
5.3 Representacin esquemtica de las v a r i a b l e s de l a ecuacin 5,9 34
5.4 Grfico para el clculo de l a escorrenta 41
6.1 Factores topogrficos modificables mediante obras de confor-macin del terr e n o . , 47
6.2 Conformacin (Land grading) para aumentar l a pendiente del terreno 49
6.3 Conformacin 49
6.4 Emparejamiento (Land Smoothing) con drenes al azar 50
6.5 Camellones anchos 50
6.6 Secuencia a seguir para la construccin de un camelln ancho 54
6.7 Algunos d e t a l l e s de los bancales, . . . . . . . 55
6.8 Sistema de siembra en camellones ms z a n j i l l o s 56
7.1 Lluvias para un perodo de retorno de 5 aos, de duracin de 12 horas. . 58
7.2 Lluvias para un perodo de retorno de 10 aos y duracin de
12 horas 59
7.3 Precipitaciones mximas para 1, 2, 3, 4 y 5 das 61
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LISTA DE FIGURAS (Continuacin)
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7.4 Curvas de profundidad-duracin-frecuencia 62
7.5a Curvas de escorrenta para diseo de drenaje s u p e r f i c i a l , . 68
7.5b Demostracin grfica de l a regla 20-40 69
7.6 Estimacin del tiempo de retardo ( t | _ ) por el Mtodo del nu
mero de Curva *. . . 71
7.7 Costo de drenes s u p e r f i c i a l e s 73
7.8 Esquema de una red de drenaje 76 7.9 Curva de diseo para drenaje s u p e r f i c i a l - 82
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LISTA DE CUADROS
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3.1 Cuadro de los danos s u f r i d o s por las plantas en caso de su_ mersin de 3, 7, 11 15 das, . . , . 8
3.2 Tolerancia de la inundacin de d i f e r e n t e s pastos. . . . . . 10
5.1 Capacidades hidrolgicas de las clases t e x t u r a l e s 36
5.2 Clasificacin hidrolgica de los suelos. # . . 37
5.3 Clasificacin hidrolgica (Potencial de escorrenta) . . . 38
5.4 Curvas de escorrenta para los complejos suelo cobertura para ser u t i l i z a d a en la Figura 5.6. . . . . . . 39
5.5 Nmero de curva para casos de condicin de humedad antece-dente I y I I 40
5.6 Condicin de humedad antecedente 42
6.1 Resumen de los rendimientos obtenidos mediante el sistema de siembra de camellones anchos en campo experimental Agua Blanca 52
6.2 Rendimiento de maz en kg/ha de los d i f e r e n t e s camellones anchos para los aos de evaluacin 1970-1975 53
7.1 Seleccin de l l u v i a s mximas ocurridas para 1, 2, 3, 4 y 5 das de l l u v i a s consecutivas durante el c i c l o de maz. Es-tacin Agua Blanca . 60
7.2 Costos por ha para operaciones de sistematizacin de t i e -r r a s en proyectos de investigacin en V i r g i n i a 76
7.3 Clculo del volumen de escorrenta y el c o e f i c i e n t e de dr
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LISTA DE CUADROS (Continuacin)
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8.2 Produccin anual, costos y be n e f i c i o s prorrateados para Acre antes y despus de a p l i c a r prcticas de manejo de agua 88
8.3 Cuadro resumen de los datos experimentales obtenidos. . 89
8.4 Comparacin de dos sistemas de siembra en maz 90
8.5 Rendimientos promedios obtenidos con el maz "Venezuela 1" sembrado en un suelo pesado, usando d i f e r e n t e s mto-dos de siembra 91
8.6 Resumen de rendimientos t o t a l e s obtenidos en dos aos con los pastos e l e f a n t e , m i l l o , guatemala y pangla, sembrados en un suelo pesado, usando d i f e r e n t e s mtodos de siembra. 92
8.7 Beneficios netos imputables al drenaje s u p e r f i c i a l por intermedio de bancales 93
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1. INTRODUCCION
El drenaje tie n e como ob j e t o l a eliminacin de los excesos de agua de
los suelos a f i n de proporcionar a los c u l t i v o s un medio adecuado para su
normal d e s a r r o l l o ^ El drenaje^segn l a localizacin de los excesos de agua,
puede ser: s u p e r f i c i a l o i n t e r n o ( s u b - s u p e r f i c i a l ) . El drenaje i n t e r n o es
aquel que se destina a evacuar los excesos de agua acumulados en e l p e r f i l
del suelo- El drenaje s u p e r f i c i a l c o nsiste en la remocin del exceso de
agua sobre l a s u p e r f i c i e del terreno-
t i tema del drenaje s u b - s u p e r f i c i a l ha sido objeto de muchos estudios y l a
l i t e r a t u r a abunda en referencias al respecto; l o mismo no ocurre con el drena-
j e s u p e r f i c i a l de t i e r r a s agrcolas, que prcticamente esta comenzando a su
estudiado en d e t a l l e . El presente t r a b a j o se r e f i e r e exclusivamente al drena-
je s u p e r f i c i a l ce t i e r r a s aercolas.
1.1 El Drenaje S u p e r f i c i a l
Por drenaje s u p e r f i c i a l se entiende la remocin de los excesos de
agua que se acumulan sobre la s u p e r f i c i e del terreno a causa de l l u v i a s muy
intensas y frecuentes, topografa muy plana e i r r e g u l a r y suelos poco per_
meables-
El desbordamiento ae los ros es causa de algunos problemas de drena-
j e s u p e r f i c i a l , pero debido a su carcter tpicamente hidrolgico-topogra-
f i c o , se considera como un problema de c o n t r o l de inundaciones y su s o l u -
cin no se enfoca a'este t r a b a j o .
El problema del drenaje s u p e r f i c i a l en t i e r r a s hmedas, a l ig u a l que el dre
naje i n t e r n o , ha sido muy descuidado y hasta el presente, l a mayora de los a-
g r i c u l t o r e s se l i m i t a n a evadir sus consecuencias mediante l a programacin de
c u l t i v o s de c i c l o c o r t o que son plantados en pocas l i b r e s del problema, o sen-
cill a m e n t e dejan las reas afectadas como zonas marginales para algunos pastos
y para arroz. En l a poca actual cuando l a presin sobre l a t i e r r a es mayor y
la produccin de alimentos es un reto para l a a g r i c u l t u r a , l a necesidad de i n -
corporar nuevas t i e r r a s a l a produccin e i n t e n s i f i c a r e l uso de o t r a s , ha f o r
zado a los productores ms progresistas a buscar algunas soluciones para los
nroblemas de drenaje s u p e r f i c i a l .
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4
1.2 El Drenaje S u p e r f i c i a l en las Zonas Hmedas y Sub-Hmedas
La a g r i c u l t u r a a travs de los tiempos ha tra t a d o de seleccionar las
t i e r r a s con menos problemas para l a produccin y como consecuencias de e l l o ,
las grandes c i v i l i z a c i o n e s siempre estuvieron ubicadas en reas donde l a
produccin de alimentos era relativamente fcil. En todas las expansiones
subsiguientes, l a colonizacin se ha rea l i z a d o hacia reas ridas y semi-
ridas, producindose un mayor d e s a r r o l l o del riego y quedando l a t e n t e el
problema de drenaje en las t i e r r a s hmedas y sub-hmedas. En estas ltimas
debido a los problemas de drenaje, l a a g r i c u l t u r a se ha estado d e s a r r o l l a n -
do en forma extensiva con a l t o s riesgos y baja p r o d u c t i v i d a d .
En los trpicos, especialmente en Amrica L a t i n a , l a poca densidad po-
blacional ha l i m i t a d o l a colonizacin de las reas hmedas y sub-hmedas
con problemas de drenaje. En l o s casos de e x i s t i r colonizacin, sta ha si_
do en l a forma de grandes l a t i f u n d i o s ganaderos, que por su forma extensiva
de explotacin no han tomado inters en l a solucin de los problemas de dre
naje.
1.3 Perspectivas del Drenaje S u p e r f i c i a l
En los tiempos actuales, las d e f i c i e n c i a s a l i m e n t i c i a s mundiales y l a
presin sobre l a t i e r r a , ha forzado a muchos pases a l a confeccin de pro
gramas de aumento de l a productividad y de reforma a g r a r i a , los cuales ine
vitablemente tendrn que tomar en consideracin los problemas de drenaje su_
prfida!. En Venezuela, por ejemplo, l a mayora de los asentamientos cam-
pesinos de l a reforma agraria tienen problemas de drenaje s u p e r f i c i a l ; en
la actualidad los sistemas de riego de los Llanos Occidentales tienen ms
l i m i t a c i o n e s por problemas de drenaje que por el propio r i e g o . Por o t r a
parte, existen en el pas ms de 5 millones de hectreas de suelos pesados
que indudablemente tienen problemas de drenaje (CIDIAT, 1971). -
1.4 Alcance del Trabajo
El presente t r a b a j o t r a t a de proporcionar una gua para el estudio de
-
los problemas de drenaje s u p e r f i c i a l , a su vez presenta una s e r i e de c r i t e -
r i o s sobre el diseo y construccin de sistemas de drenaje,
2, CAUSAS DELPROBLEMA
El exceso de agua sobre os terrenos puede ser ocasionado por cuatro
causas p r i n c i p a l e s : precipitacin, inundaciones, l i m i t a c i o n e s topogrficas y
li m i t a c i o n e s e d i f i c a s - La precipitacin es l a p r i n c i p a l fuente de exceso de
agua; las inundaciones son consecuencia ae la precipitacin y las l i m i t a c i o -
nes topogrficas y edf cas contribuyen a agravar la accin de las causas an_
t e n o r e s o
2 .1 Precipitacin
En las zonas hmedas 3 durante el perodo de l l u v i a s , la precipitacin
es superior a l a evaporacin y como r e s u l t a n t e e x i s t e un periodo de exceso de
humedad- Durante este periodo, los suelos generalmente se encuentran bastar^
te saturados de humedad y. al o c u r r i r l l u v i a s de a l t a s intensidades, se produ_
ce una gran escorrenta s u p e r f i c i a l que f l u y e hacia las zonas ms bajas de
los t e r r e n o s , provocando problemas de drenaje
Per otra p a r t e , ~;a precio'racin sobre las zonas montaosas aumenta los
caudales de los cauces naturales lo cual ocasiona una disminucin de l a capa^
cidad de stos para drenar las zonas bajas y puede Negar hasta provocar el
desbordamiento ae los ros
2.2 Inundaciones
Las Inundaciones comparten con la precipitacin las causas del exceso
de agua Por efecto ae grandes p r e c i p i t a c i o n e s sobre las cuencas " a l t a s , los
ros aumentan su caudal y se desbordan en las zonas bajas provocando proble-
mas de drenaje-
En muchas ocasiones la inundacin no ocurre directamente por desborda -
-
6
miento de los ros, sino por incapacidad de stos para r e c i b i r las aguas de
los caos y quebradas. Estos ltimos al no tener s a l i d a , se remansar e inun
dan las reas adyacentes a la desembocadura.
Las inundaciones ocurren principalmente por:
(a) poca capacidad de los cauces debido a l i m i t a c i o n e s de pendiente o
por sedimentacin y obstculos en los mismos;
(b) ocurrencia de l l u v i a s de magnitudes e x t r a o r d i n a r i a s ; *
(c) intervencin no controlada de las cabeceras de los ros ( d e f o r e s t a -
cin)
(d) obstruccin de los drenajes naturales por obras mal concebidas, es-
pecialmente vas.
2.3 Suelos y Topografa
Las caractersticas fsicas de los suelos ( t e x t u r a y e s t r u c t u r a ) estn
ntimamente ligados a l a topografa. En l a formacin de los suelos sujetos
a problemas de drenaje, el r e l i e v e ha tenido una i n f l u e n c i a determinante en
la caracterizacin de los mismos, Los problemas de exceso de agua general -
mente se presentan en terrenos que forman p l a n i c i e s a l u v i a l e s .
En las zonas ms bajas, donde han o c u r r i d o las deposiciones de m a t e r i a l
ms f i n o , es donde el problema r e v i s t e mayor gravedad.
Los factores que tienen mayor i n f l u e n c i a en los problemas de drenaje s\
p e r f i c i a l son los s i g u i e n t e s :
(a) suelos con texturas f i n a s que determinan poca capacidad de i n f i l t r a ^
cin y permeabilidad;
(b) topografas muy planas que l i m i t a n el l i b r e escurrimiento de las a-
guas;
(c) mi ero-re ieve con pequeas o medianas depresiones que impide el mo-
vimiento del agua;
(d) terrenos con posicin r e l a t i v a baja, afectadas por l a escorrenta de
reas de cotas superiores;
-
7
(e) la ocurrencia de deposiciones de limo sobre el terreno que provoca
una im p e r m e a b i l i z a r o n de la s u p e r f i c i e ;
( f ) suelos con al t o s niveles freticos.
Resulta un poco difcil j e r a r q u i z a r l a i n f l u e n c i a de cada una de las
causas p r i n c i p a l e s del mal drenaje. Cada zona t i e n e caractersticas clim-
tica s y edafolgicas di f e r e n t e s que i n f l u y e n sobre el problema. Un anlisis
muy general indicara que el orden de pri o r i d a d e s en l a causa del problema
sera:
(a) topografa
(b) suelos
(c) precipitacin
(d; inundaciones c desbordamiento.
En todo caso, para oue ex i s t a un problema de drenaje superficial t i e -
nen que conjugarse una topografa plana, suelos poco permeables y a l t a s pre^
cid t a c i ores
3. CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA
El encharcamiento de los terrenos por problemas de drenaje s u p e r f i c i a l
trae como consecuencia una se r i e de l i m i t a c i o n e s para l a utilizacin de los
mismos. Los daos pueden v a r i a r segn sea l a magnitud del rea afectada:una
f i n c a , un asentamiento campesino o una gran zona agrcola. Cuanto mayor sea
el rea a considerar, mucho ms complicado ser l a determinacin de los da -
os, Aqu se considerar las consecuencias a n i v e l de f i n c a o asentamiento,
3c 1 Dao a los Cultivos
La p r i n c i p a l consecuencia,para los c u l t i v o s , d e l mal drenaje superficial
es la limitacin del intercambio gaseoso entre las races de las plantas y l a
atmsfera. De esta forma se produce una d e f i c i e n c i a de oxgeno y una con -
-
CUADRO 3.1
CUADRO DE LOS DAOS SUFRIDOS POR LAS PLANTAS (EN TANTO POR CIENTO DE LA COSECHA)
EN CASO DE UNA SUMERSION DE 3, 7, 11 15 DIAS
Nmero de
los das de
sumersin
1. Forrajes perennps
2 . Pastos
3. Pradera
4. Remolacha
a z u c . . r e -
molacha
forrajera
5. Pata ta
6. Girasol
7. Camo
8. Cereales de otoo
9. Cereales
de
primavera
10.Maz
3 7 11 15
Enero
3 7 11 15
Febrero
3 7 11 15
5 10
5 10 20
3 7 11 15
10 20 30
- - 10
- - 10
10 50 100 100
30 80 100 100
5 15 30 50
10 20 40 100
3 7 11 15
10 25 40 60
- 10 20 30
- 10 20 30
10 50 90 100
30 80 100 100
10 20 40 80
20 40 60 100
10 25 40 70
15 40 75 100
20 80 100 100
Mayo
3 7 11 15
10 30 50 100
- 15 30 50
- 15 30 50
10 50 90 100
40 90 100 100
10 30 60 100
20 50 75 100
20 40 70 100
15 50 75 100
10 50 80 100
3 7 11 15
10 0 70 100
20 30 50
- 20 30 50
10 40 90 100
50 100 100 100
10 40 60 100
10 40 60 80
20 50 80 100
20 50 75 100
10 40 75 100
Jul io
3 7 11 15
10 40 70 100
- 20 30 50
- 20 30 50
10 40 90 100
50 100 100 100
10 40 60 80
10 30 50 70
10 20
- 10 20
10 50 80
Agosto
3 7 11 15
10 30 50 80
- 10 20 30
- 10 20 30
10 40 90 100
50 100 100 100
- 10 30 50
- - 10 20
S e p t i r e .
7 11 15
10 30 50 70
- - - 10
- - - 10
10 40 90 100
20 40 60 80
10 20 30
- 10 20 30
10 10
3 7 11 15
5 10 20
S e g i n S L A M I N ~Cl9bO)
........r, : ^ ^ ^ ^ ; r
-
9
centracin de CO2 que per j u c i c a a las plantas y puede l l e g a r a causarles l a
muerte s i el efecto se prolonga, los daos a l a produccin dependern de:
(a) clase de c u ] t i v o
(b) duracin del efecto de inundacin
(c) estado de d e s a r r o l l o del c u l t i v o
(d) otras condiciones climticas-
(a) Clase de C u l t i v o
La r e s i s t e n c i a de los c u l t i v o s a las inundaciones es un carcter es_
pecfico propio de cada planta. De esta manera los c u l t i v o s hortcolas no
re s i s t e n al mal drenaje sino por pocas horas; los cereales y otros c u l t i v o s
de c i c l o c o r t o pueden p e r m i t i r inundaciones de 24 horas; los pastos permiten
una condicin de inundacin de 3 o ms das y el arroz p r e f i e r e l a permanen-
cia de una lmina de agua constante,
(b) Duracin del Efecto de Inundacin
La magnitud de los daos de las inundaciones sobre el rendimiento de
los cultivos esta directamente relacionado con l a duracin de l a inundacin.
Como se d i j o anteriormente cada c u l t i v o t i e n e un lmite de t o l e r a n c i a s i n
disminuir l a produccin; a p a r t i r de ese lmite los daos dependern, de l a
duracin del efecto. El cuadro 3 1 muestra los resultados de una experien -
ca realizada en Hungra (Salamn, 1960}; en ese cuadro se puede comprobar
claramente l o anteriormente expuesto- Experiencias realizadas en Oklahoma
U.SoA, (Rhoades 1967) han demostrado l a r e s i s t e n c i a de algunos pastos a
condiciones de inundacin; ese estudio tambin ha demostrado que e x i s t e un
efecto residual o mejor dicho que las plantas sometidas a un perodo de inun
dacin no se recuperan totalmente, siendo cada vez ms susceptibles a efectos
posteriores. El cuadro 3.2 presenta una l i s t a de pastos y su grado de t o l e -
rancia al efecto de l a inundacin. Las f i g u r a s 3.2 y 3.3 muestran los daos
causados a los c u l t i v o s por el efecto de l a inundacin.
(c) Estado de Desarrollo del C u l t i v o
El efecto nocivo del exceso de agua t i e n e mayor importancia cuando
ste ocurre en un Derodo crtico del crecimiento de l a planta que cuando el
-
10
CUADRO 3.2
TOLERANCIA A LA INUNDACION DE DIFERENTES PASTOS
( Chickasha, Oklahoma, U.S.A.)
TOLERANCIA ESPECIES NOMBRE COMUN
~ 1
Muy grande
(ms de 20 das)
Grande (hasta
20 das)
Moderadamente
grande (hasta
15 das)
Moderado
(hasta 10 das)
Baja
Cynodon dactylon
Buchloe dactyloides
Panicum obtusum
Paspalum distichum
Pai cum vi rgatum var.
Phalaris arundinacea
Spartina pectinata
Paspalum floridanum
Panicum virgatum var.
Agropyron smithii
Leersia oryzoides
Paspalum publiflorum
Andropagon gerardi
Andropagon hall i i
Elymus virginieus
Panicum anceps
Tripsacum dactyloides
Sporobolus airoides
Andropogon ischaemum
var.
Eragrostis curvula
Bermuda
Buffalograss
Vine mesquite
Grama de nudo
Lowland
switchgrass,
Cabezona
Reed canarygrass
P r a i r i e cordgrass
Paspalum de Florida
Upland switchgrass*
Paja Cabezona
Western wheatgrass
A r r o c i l l o
Smooth seed paspalum
Big bluestem
Sand bluestem
Vi rginia
Eastern gamagrass
Alkali sacaton
Paja coneja
Weeping lovegrass
Tomado de: Edd. D. Rhoades. Grass Survival in Flood Pool Areas, Journal of Soil and Water Conservation.Jan-Feb*1967.
-
c u l t i v o est en una fase menos crtica. As por ejemplo, en e l maz, un ex,
ceso de agua en el primer perodo de crecimiento puede pr o d u c i r una c l o r o -
sis y r e t a r d a r o impedir el crecimiento; luego de este primer perodo, e l
c u l t i v o es ms r e s i s t e n t e , s i n embargo, un exceso de agua en e l perodo de
formacin del f r u t o , puede no p e r j u d i c a r tan gravemente a l a p l a n t a , pero
s a f e c t a r l a formacin del grano y consecuentemente r e d u c i r l a produccin*
En l a papa, posiblemente un pequeo exceso de humedad a p r i n c i p i o s del cre-
cimiento no sera tan grave como al f i n a l del c i c l o cuando e l tubrculo es^
ta formado.
En los climas t r o p i c a l e s hmedos, cuando no se cuenta con un buen s i s -
tema de drenaje, l a programacin ae c u l t i v o s t i e n e necesariamente que rea-
l i z a r s e en funcin del drenaje El cuadro 3A muestra que los daos varan
de acuerdo al avance del c i c l o de 1 cultivOc
(d) Otras Condiciones Climticas y edaficas
La temperatura, evaporacin, humedad r e l a t i v a , los v i e n t o s , e t c . ,
siendo actores climticos que tienen i n f l u e n c i a sobre la a c t i v i d a d fisiolgi-
ca de la p l a n t a , tambin condicionan l a gravedad del problema^ Cuando l a
inundacin ocurre en una poca de a l t a s temperaturas, l a planta est s u j e t a
a un gran rgimen evapotranspi r a t o n o que consecuentemente requiere mayores
cantidades de agua y oxgeno A causa de l a inundacin, la planta no pue-
de tomar oxgeno por las races y por consiguiente stas se ven i m p o s i b i l i -
tadas de s u m i n i s t r a r agua a los t e j i d o s s u p e r i o r e s , produciendo un dficit
de humedad que p a r a l i z a las funciones v i t a l e s de l a plant a , ( F i g t 3 d y 3*2)
En los climas templados, las oajas temperaturas reducen l a a c t i v i -
dad fisiolgica de la p l a n t a , hasta l l e g a r a l estado de dormencia; en es-
tos perodos, los excesos de agua no son tan p e r j u d i c i a l e s porque l%a planta
no est sometida a requerimientos hdricos o de oxgeno.
Cuando el suelo est sometido constantemente a inundaciones, e l
agua que escurre puede t r a n s p o r t a r sedimentos limosos, que al depositarse
s e l l a n los poros del suelo impidiendo Ta penetracin del agua^ En estos ca
-
P O R C I E N T O PORCIENTO
-
13
FUENTE i R E . VM1LLIAMS0N AND GEOR6E J . K R I Z , RESPONSE OF AGRICULTURA!. CROPS TO FLOODtNS, DEPTH OF WAT ER TA 8 L E ANO SOIL GASEONS COMPOSITION, T R A N S . A S A E , t970
Fig. 3.2 Influencia de. la inundacin, contenido d
-
14
sos an cuando los suelos tengan una capacidad de infiltracin aceptable,
no pueden r e c i b i r e l agua etoido a l a presencia de esta pelcula impermea -
b l e ; sto determina el que, despus de pasar el efecto de las inundaciones,
las l l u v i a s posteriores sean poco e f e c t i v a s .
3.2 Mecanizacin
Indudablemente que uno de los grandes problemas de los suelos mal dre-
nados, es l a d i f i c u l t a d para l a mecanizacin. Cuando sto ocurre se tiene
como consecuencia l o s i g u i e n t e :
(a) d i f i c u l t a d para l a preparacin de suelos
(b) d e f i c i e n t e preparacin de suelos
(c) d i f i c u l t a d para r e a l i z a r labores c u l t u r a l e s
(d) d i f i c u l t a d para la cosecha
(e) no se puede programar bien l a siembra
( f ) prdida de tiempo en las labores
(g) daos a l a maquinaria
(h) compactacin de los suelos.
Todas estas consecuencias nos indican que las prdidas por efecto de
l a d i f i c u l t a d de mecanizacin, pueden ser tan grandes que impidan l a progra_
cin de c i e r t o s c u l t i v o s .
3.3 Problemas Sa n i t a r i o s
Las aguas al permanecer por mucho tiempo sobre el terreno pueden ocasio
nar problemas s a n i t a r i o s que afectan a las plantas, animales y al hombre.
3.3.1 Problemas F i t o s a n i t a r i os
(a) Enfermedades
El exceso de agua crea un ambiente favorable al desarrollo de er[
fermedades fungosas que atacan a los c u l t i v o s . En muchos casos
sto es una limitacin para el c u l t i v o de cie r t a s especies.
-
(b) Plagas
Cuando los suelos estn encharcados l a d i f i c u l t a d del c o n t r o l de
las plagas de los c u l t i v o s , permite una gran i n c i d e n c i a del ata-
que de stas y por consiguiente aumentan los daos a los c u l t i v o s
(c) Malas hierbas
Los excesos de agua fomentan la invasin de hierbas indeseables
que son d i s t r i b u i d a s por e l agua o que en condiciones de muy a l -
ta humedad pueden d e s a r r o l l a r s e mejor que los c u l t i v o s .
3,3*2 Sanidad Animal
El ganado es muy perjudicado por los problemas de humedad Las i n -
fecciones producidas por hongos y por parsitos son muy comunes en amblen -
tes hmedos
3
-
16
(a) inseguridad para plantear cultivos valiosos
(b) no se puede programar bien el mercado
(c) los cultivos permanentes ( f r u t a l e s , cacao, etc.) no pueden ser
implantados
(d) d i f i c u l t a d de transporte en la finca
(e) poca diversificacin de cultivos
( f ) competencia por los servicios en una misma poca y sub-utilizacin
en otras
(g) produccin estacional
(h) mala utilizacin de mano de obra
( i ) problemas para la construccin de obras.
De estas ultimas consecuencias, l a estacionalidad de l a produccin, es
quiza la ms importante ya que e l l a condiciona competencia por los insumos
lo que se traduce en altos costos de produccin y genera precios bajos por
concurrir al mercado al mismo tiempo.
4 C ESTUDIO Y DIAGNOSTICO DEL PROBLEMA
La investigacin de drenaje tiene como finalidad la realizacin de una
seri e de estudios que sirvan para diagnosticar la gravedad y extensin del
problema y a la vez proporcionar elementos necesarios para proponer soluci
nes. Segn el USBR (1964) un estudio de drenaje tiene que suministrar in -
formacin para contestar las siguientes preguntas:
(1) Existen en la actualidad o se producirn en un futuro excesos de
agua?
(2) Existe una salida adecuada para eliminar el exceso de agua?
(3) Cul es la fuente de exceso de agua?
(4) Pueden los suelos ser adecuadamente drenados?
(5) Cunta agua debe ser removida?
(6) Cul mtodo o sistema de drenaje dar los mejores resultados?
4.1 Clases de Estudio
El estudio puede ser realizado a diferentes niveles de acuerdo al obje-
tivo del anlisis grado de precisin requerida y detalle de la informacin
-
17
disponible* De acuerdo a lo a n t e r i o r , los estudios pueden ser d i v i d i d o s en
tres clases: Reconocimiento f a c t i b i l i d a d y diseo.
El Estudio de Reconocimiento es el primer paso que se r e a l i z a para t e
ner un conocimiento del problema, Fundamentalmente un estudio de reconoci-
miento t i e n e l a f i n a l i d a d de hacer una estimacin de l a f a c t i b i l i d a d tcni-
ca y econmica del proyecto El estudio debe contener recomendaciones so-
bre las investigaciones que debern r e a l i z a r s e para estudios p o s t e r i o r e s *
El Estudio de F a c t i b i l i d a d o p r e l i m i n a r es la continuacin del estu -
dio de reconocimiento- Se efecta con e 1 s u f i c i e n t e d e t a l l e como para de -
terminar l a magnitud oe problema t i p o de solucin a adoptar y estimacin
de costos y beneficios del proyecto- Por l o general este estudio produce
una s e r i e de alternativas a n i v e l de anteproyecto, que son evaluadas para
escoger l a ms conveniente,
El Estudio de Diseo se r e a l i z a con todos los d e t a l l e s necesarios pa-
ra preparar el plan f i n a l y estimar los costos del proyecto* Este estudio
debe contener toda la informacin requerida para la inmediata construccin
del sistema:
Para el estudio de los problemas de drenaje de una determinada rea no
es necesario pasar por las t^es etapas de estudio: En el momento de plan -
tearse l a necesidad de reso'Uer un problema el anlisis de los anteceden -
tes y de l a informacin d i s p o n i b l e , puede l l e v a r a pasar de reconocimiento
a diseo
En los casos en que el problema se presente en un proyecto ya diseado,
puede prescindrse de los primeros estudios y concretarse a re-di^ear el
sistema, o hacer las correcciones necesarias,
En cualquiera de los casos, la investigacin debe comenzarse por: (a)
revisin de la informacin e x i s t e n t e y (b) reconocimiento de campo.
-
18
4.2 Informacin Existente
Antes de comenzar cualquier t i p o de estudio es necesario r e c o p i l a r t o -
da la informacin e x i s t e n t e , Es conveniente ordenar l a informacin de mane,
ra que est fcilmente disponible cuando los tcnicos encargados del estu -
dio requieran de e l l a , La informacin la podemos separar en cuatro grupos
p r i n c i p a l e s : fotografas areas, mapas, estudios e informes. i
4.2.1 Fotografas Areas
Los pares esteroscpieos de fotografas areas a escala 1:20.000 a
1:50.000 son muy necesarios para el estudio. Es conveniente contar con f o -
tomosaicos del rea para hacer las estimaciones pertinentes al estudio.
4.2.2 Mapas
Es necesario contar con un conjunto de mapas a escala conveniente
(1:20.000 - 1:5,000) que sirvan de base para el estudio y que a l a vez mues_
tren los d e t a l l e s que tengan importancia para l a concepcin del proyecto.
Los mapas ms importantes son:
(a) mapas planimtricos
(b) mapas plani-altimtricos
(c) mapa de i n f r a e s t r u c t u r a e x i s t e n t e
(d) mapas catastrales
(e) mapas de suelos y geologa
4.2.3 Estudios
Son muy tiles las siguientes clases de estudios:
(a) estudio de drenaje e x i s t e n t e
(b) levantamiento de suelos
(c) levantamiento geolgico
(d) estudio de cuencas
(e) estudios agroeconmieos y econmicos
( f ) red de B.M. del rea
-
19
(g) levantamientos topogrficos
(h) estudio hidrolgico,
4,2*4 Informes
Los informes y regs tros'de datos que es necesario r e c o p i l a r son los
si g u i e n t e s :
(a) informes de los levantamientos y estudios antes mencionados
(b) programaciones para el rea
(c) informes sobre otros estudios de suelos
(d) informes de los organismos relacionados con los problemas de
drenaje de rea
(e) r e g i s t r o s de l l u v i a , f1uviometra, niveles de los ros , e tc.
( f ) datos de rendimiento de c u l t i v o s
(g) informes de daos ocurridos debidos al mal drenaje
4,3 Reconocimiento de Campo
El reconocimiento debe ser r e a l i z a d o al i n i c i o del estudio. Los aspec_
tos ms relevantes a ser constatados son los s i g u i e n t e s :
(1) Condicin Actual de las Salidas
Es necesario determinar las capacidades de los desages de s a l i d a .
Para e l l o , hay que tomar en cuenta el uso actual y p o t e n c i a l de
la t i e r r a Un buen desage de s a l i d a t i e n e necesariamente que ser
capaz de t r a n s p o r t a r el volumen de agua de drenaje diseado. En
caso de no s e r l o , se determinar l a p o s i b i l i d a d de ampliacin de
stoSc El clculo de la capacidad de las sali d a s debe hacerse, en
funcin del uso ms i n t e n s i v o a que se espera someter las t i e r r a s .
En l a estimacin de la conveniencia de los desages de s a l i d a , es
importante r e a l i z a r una determinacin de la frecuencia de a l t o s ni_
veles en las aguas de los n o s , caos, lagunas, e t c . que pueden te_
ner i n f l u e n c i a sobre los desages.
-
20
En el caso de que por razones topogrficas no exista una sa l i d a sa_
t i s f a c t o r i a que funcione por gravedad, hay que considerar una a l -
ternativa de bombeo antes de declarar el problema s i n solucin.
En este ltimo caso hay que considerar algunas condiciones que a-
fectan la f a c t i b i l i d a d econmica como:
(a) altura de bombeo
(b) volumen de agua por Ha. que debe ser bombeada anualmente
(c) valor del agua a bombear
(d) estimacin de los beneficios netos adicionales debidos al
drenaje
(e) porcentaje del ao en que la bomba tiene que operar.
Magnitud y Frecuencia de las Inundaciones en el Area
Mediante observaciones de campo y utilizacin de informacin exis_
tente, se determinar el rea sujeta a problemas de drenaje y l a
frecuencia con que stos se presentan. Estas determinaciones pue_
den ser un factor limitante para l a solucin del problema de dr
-
21
o t r a parte cuando la inundacin ocurre en pocas l i b r e s de c u l t i -
vos, el drenaje no puede considerarse problema.
Si hay p e l i g r o de erosin, no es conveniente c o n s t r u i r zanjas de
drenaje,
4 Informacin Bsica para el Estudio del Problema de Drenaje
Los estudios bsicos necesarios para d i a g n o s t i c a r el problema de drena
son:
- estudio de suelos (agrologa)) edafotcnico
- estudios hidrolgicos y climatolgicos
- estudios topogrficos y aerofotogrfieos
- estudios agro-econmicos
4.1 Suelos
Los estudios de suelos debern contener l a s i g u i e n t e informacin:
(a) t e x t u r a y e s t r u c t u r a
(b) uso actual y potencial
(c) caractersticas fsicas relacionadas con l a humedad.
(d) permeabilidad e infiltracin
(e) e r o d abilidad
( f ) caractersticas de drenaje
(g) recomendaciones sobre manejo
(h) 1 imitaciones
4.2 Hi drologa
El informe hidrolgico deber contener l o s i g u i e n t e :
(a) p r e c i p i t a c i o n e s mximas y su frecuencia
(b) curvas de profundidad - duracin - frecuencia
(c) crecientes mximas y su frecuencia
(d) capacidad oe los cauces naturales
(e) balances hdricos
( f ) otras informaciones climatolgicas.
-
22
4.4.3 Topografa y Fotografas Areas
(a) levantamiento plani-altimtrico
(b) p e r f i l e s del terreno
(c) secciones de cauces importantes
(d) fotografas areas (pares estereoscpicos y mosaicos)
4.4.4 Agroeconomfa
(a) cultivos ms importantes del rea
(b) valor actual de la produccin
(c) beneficios esperados del drenaje
(d) costos unitarios de obras de drenaje
(e) tolerancia de los cultivos al mal drenaje
El detalle de estos estudios depender del nivel del informe a reali_
zar.
Segn Coote y Zwerman (1970), puede concluirse que un suelo necesita
drenaje s u p e r f i c i a l cuando:
(1) el agua se estanca en la superficie del terreno
(2) el color del subsuelo, comenzando desde los 20 hasta los 40 ceji
tmetros, es gris o azul con moteado marrn y amarillo
(3) existe un hardpan o estrato compactado en el suelo s u p e r f i c i a l
(4) el suelo a un metro de profundidad se encuentra seco an des -
pues de un largo perodo de l l u v i a s
(5) l a vegetacin acutica comienza a invadir depresiones del terns
no.
4.5 Diagnstico del Problema y Soluciones Posibles
El anlisis de los estudios bsicos servir para diagnosticar el proble
ma y la gravedad del mismo. Una vez que se conozcan bien todas las caracte
rsticas del problema>ser cuando se puedan tomar decisiones sobre la manera
de solucionarlo.
-
23
4.5=1 Fuentes de Exceso de Agua
Las fuentes de exceso de agua que ocasionan problemas de drenaje su-
p e r f i c i a l en una determinada rea pueden ser c l a s i f i c a d a s en tr e s grupos :
precipitacin escorrenta de reas adyacentes y desbordamiento de ros.
(1) Precipitacin
Las l l u v i a s de a l t a s intensidades pueden causar un problema l o -
cal de drenaje cuando l a capacidad n a t u r a l de drenaje del rea y l a v e l o c i -
dad de infiltracin de los suelos sea reducida. Una combinacin de suelos
pesados, topografa plana y p r e c i p i t a c i o n e s del orden de los 100 mm/da ge-
neralmente crean un problema de drenaje,
Cuando el problema de drenaje es de este t i p o , las soluciones que
se adoptan son generalmente de drenaje s u p e r f i c i a l l o c a l , o sea con mtodos
simples de c o n t r o l y aumento de la capacidad n a t u r a l de desage de los te -
rrenos.
(2) Escorrenta de Areas Adyacentes
Este t i p o de problema se presenta en reas cercanas al piedemon-
te o cuando las condiciones topogrficas cambian de un rea de gran v e l o c i -
dad de escorrenta a o t r a ms plana y de poca capacidad de drenaje. Este
problema a menudo se encuentra asociado con el a n t e r i o r , determinando una
mayor gravedad del mismo.
Cuando la fuente de exceso de agua es de este t i p o , l a solucin
puede encararse u t i l i z a n d o canales i n t e r c e p t o r e s .
(3) Desbordamiento de Ros
Es un caso bastante frecuente que en c i e r t a s reas muy planas, el n i v e l de los ros sea igual o supe r i o r a las t i e r r a s vecinas. Al o c u r r i r a_
venidas grandes, el ro rebasa sus bancos naturales y se desborda inundando
las t i e r r a s ms bajas- Este problema cuando es muy f r e c u e n t e , puede deter-
-
24
minar grandes prdidas a la agricultura. Las medidas de control de inunda-
ciones ms utilizadas son los d^ues marginales y las presas de control de
avenidas.
En muchas ocasiones los problemas de drenaje de un rea son ocasio-
nados por dos o hasta las tres fuentes de exceso de agua mencionadas. Pue-
de acontecer que en un rea existan las tres fuentes de exceso y que stas se
presenten aislada o conjuntamente Cuando ocurren grandes precipitaciones
de larga duracin es muy probable l a presencia de las tres fuentes al mismo
tiempo. La Fig, 4.1 muestra un esquema del c i c l o hidrolgico de un rea.
En e l l a pueden notarse las tres fuentes de exceso de agua. La Fig. 4.2
muestra en forma de diagrama, l a forma como se procede para un diagnstico
general de drenaje.
4.5.2 Mapa de Zonas Mal Drenadas
Con l a ayuda del mapa de suelos, cartas topogrficas y fotografas
areas, pueden determinarse las reas con mal drenaje. La topografa i n d i -
car el trazado de los principales drenajes para la solucin del problema
de estas reas.
4.5.3 Mapa de Cotas de Inundacin
Con un estudio topogrfico detallado, secciones del ro y estudios de
la frecuencia y magnitud de las inundaciones, se puede confeccionar un ma-
pa con las cotas de inundacin y la frecuencia de stas. Este mapa servir
para la programacin de los cultivos y obras de infraestructura.
Una vez que el problema haya sido diagnosticado, se proceder a for-
mular las alternativas de solucin del problema, teniendo en cuenta los s i -
guientes factores:
(1) uso de la t i e r r a
(2) econmicos
(3) sociales
(4) f a c t i b i l i d a d tcnica.
-
26
L E Y E N D A
Permeabilidad K Precipitacin en 24 horas para p .5 aos de frecuencia 2 4 Balance hdrico B.H.
Nivel f r e t i c o N.F
Pendiente % S
CONTROL AVE
+ D Superficial
K V N L ENTA
D R E N A J E S U P E R F I C I A L
P R O B L E M A DE
D R E N A J E
C O N T R O L A V E ,
D . Super f icial
D Sub - supr f iciol
S
1 S U P E R F I C I A L +
SUB - S U P E R F I C I A L
._ >- CONTROL DE AVENIDAS
D R E N A J E SUB - S U P E R F I C I A L
C O N T R O L A V E . + DREN SUB- SUPER-
F I C I A L .
K L E N T A .
F i g . 4.2. D i a g r a m a p a r a d i a g n s t i c o d e l p r o b l e m a d e d r e n a j e
-
5, PRINCIPIOS DE DRENAJE SUPERFICIAL
Los d i f e r e n t e s estudios bsicos previamente mencionados proporcionan la
informacin necesaria para el diseo de un sistema de drenaje s u p e r f i c i a l .
Sin embargo, es necesario el conocimiento de algunos p r i n c i p i o s bsicos an-
tes de i n t e n t a r el diseo-
En primer lugar es necesario d i f e r e n c i a r dos aspectos del diseo: el
primero es el clculo de la rea c o l e c t o r a p r i n c i p a l y el segundo se r e f i e r e
a la determinacin de la capacidad de las t i e r r a s para p e r m i t i r el f l u j o del
exceso de agua hacia esos c o l e c t o r e s . El primer aspecto, o sea el diseo de
la red c o l e c t o r a , ha siao el ms estudiado hasta ahora y en l a a c t u a l i d a d
existen mtodos suficientemente aceptables para r e a l i z a r el diseo. El s
-
28
Evapotrans-piracin
4
Precipitacin Sistema
Suelo-Cobertura Escorrenta
Infiltracin
Figura 5.1 Sistema hidrolgico del drenaje s u p e r f i c i a l
Conociendo el comportamiento de l a precipitacin, la variacin de la
vaporacin e infiltracin y el efecto regulador del sistema suelo-cobertura
se puede determinar la escorrenta, la cual es el objeto del estudio.
Existen muchos procedimientos para c a l c u l a r l a escorrenta, pero l a ma
yora de e l l o s han sido diseados para estimar l a s crecidas mximas para
cuencas sin datos; entre stos podemos c i t a r l a frmula Racional, el mto-
do de Cook, el hidrograma unitario y l a frmula de Max Math. Como en el dr
naje su p e r f i c i a l a nivel parcelario, o de pequeas f i n c a s , lo importante es
evacuar el exceso de agua en un tiempo razonable de acuerdo a l a sensibilidad
del c u l t i v o , lo que ms interesa no es precisamente l a crecida mxima, sino
l a escorrenta t o t a l . De esa manera, parte de l a cuenca puede estar inundada
durante algunas horas. Slo en el caso del diseo de algunas estructuras como
a l c a n t a r i l l a s y pontones, sera necesario el conocimiento de las crecidas m-
ximas .
5.2 Precipitacin de Diseo
Dos aspectos importantes son considerados en l a obtencin de la l l u v i a
de diseo: el perodo de retorno o frecuencia de l a misma y su duracin. El
SCS (1973) recomienda una frecuencia de 5-10 aos. La duracin de l a l l u v i a
se escoge de acuerdo a la sensibilidad del cultivo y se denomina tiempo de
drenaje.
-
29
m o tiempo de drenaje ( t d ) considrese el tiempo en horas que el c u l t i
vo puede soportar bajo condiciones de inundacin s i n d i s m i n u i r s i g n i f i c a t i -
vamente sus rendimientos. Para nuestro medio no tenemos informacin dispo-
n i b l e , pero en general se adopta el s i g u i e n t e c r i t e r i o :
H o r t a l i z a s y c u l t i v o s delicados 6 - 8 horas
C u l t i v o s anuales 12 -24 M
Pastos 48 -72
Las f i g u r a s 3.2 y 3.3 pueden tambin ser u t i l i z a d a s como gua para se-
leccionar el tiempo de drenaje.
5 = 3 I n f i 1tracin
Un buen diseo requiere del conocimiento ae la capacidad ae absorcin
de agua por los suelos y para e l l o es necesario la determinacin o estima-
cin de su capacidad de infiltracin.
En el caso especfico de drenaje s u p e r f i c i a l , se considera que al mo-
mento de o c u r r i r l a l l u v i a de diseo, el suelo se encuentra a capacidad de
campo, en cuyo caso la infiltracin na alcanzado un va l o r muy cercano a l a
infiltracin bsica Como regla prctica se puede u t i l i z a r los valores de
permeabilidad los cuales son en general numricamente iguales a l a i n f i l t r a
cin bsica.
En general, el mtodo de los a n i l l o s 1nfi1trmetros u t i l i z a n d o un -
tiempo de unas 3 - 4 horas proporciona valores cercanos a la infiltracin
bsica: Otro mtodo, el ae los simuladores de l l u v i a , es aceptable, pero
requiere de un equipo costoso y su empleo es ms difcil* El cuadro 5c1
presenta algunos valores caractersticos de infiltracin bsica que pudie-
ran ser u t i l i z a d o s para efecto ae estudios p r e l i m i n a r e s ; teniendo en cuen-
ta todas las reservas de caso:
5.4 Coeficiente ae Drenaje y Ecuacin ae Diseo
El c o e f i c i e n t e de arenaje (Cd), puede d e f i n i r s e como el exceso de agua
que debe ser removido por unidad de tiempo, el cual generalmente se conside_ ra como 24 horas. Comnmente se expresa como una lmina por unidad de tiem
po:
-
3U
Cd = td
en donde:
Cd
td
E
Coeficiente de drenaje (L/T)
Escorrenta total (L)
Tiempo de drenaje (T)
Si se considera el tiempo de drenaje (td) en horasyde acuerdo a l a de
finicin, para 24 horas, Cd sera:
en la cual, Cd tendra unidades de lmina por 24 horas.
Es norma muy generalizada la de expresar el coeficiente de drenaje co-
mo un gasto por unidad de tiempo y rea, tradicionalmente l i t r o s por segun-
do por hectrea (Ips/Ha), en cuyo caso Cd, podra obtenerse mediante una e-
cuacin de l a forma:
en donde Cd tiene unidades de l i t r o s por segundo por hectrea, E y td pue -
den tener cualquier unidad y K depende de las unidades de E y td. Para E
en milmetros y td en horas, K = 2.78.
Si el rea a drenar fuese muy pequea, el caudal de diseo del colector
para drenar esa s u p e r f i c i e , se calculara multiplicando el coeficiente de
drenaje, obtenido en la ecuacin (5.3), por el rea (Ha); de esa forma o b -
tendramos una ecuacin como:
Cd = K E (5.3) I ?
Q Cd A (5.4)
y en la cual
Q = Caudal de diseo ( l p s ) .
Cd = Coeficiente de drenaje (lps/Ha).
A = Area (Ha).
-
31
La ecuacin (5.4) es una ecuacin de diseo para los drenes colectores.
Como se aclar anteriormente, la ecuacin (5.4) funciona bien para pe-
queas reas, pero es sabido que a medida que el rea de la cuenca de dreaa
je aumentare! caudal producido por unidad de rea, disminuye por efecto del
almacenamiento y prdidas en la red colectora y el tiempo de concentracin.
Desafortunadamente en nuestro medio no tenemos estudios que permitan deter-
minar ese decrecimiento, sin embargo, las experiencias del U.S. Soi 1 Conser^
vation Service (1973) han demostrado que esa disminucin puede ser obtenida
si en la ecuacin de diseo se eleva el rea a una potencia de 5/6. Segn
los mismos autores el caudal de diseo puede ser obtenido mediante una e-~
cuacin de l a forma:
Q = C A V e . . . . . (5.5)
en donde
Q = Caudal de Diseo ( L 3 / T )
A = Area ( L 2 )
C = Coeficiente que depende del c u l t i v o , precipitacin y carete
rsticas de l a cuenca ( L ) .
La ecuacin (5.5) fue originalmente obtenida por Me Crory (1915) para
un proyecto de drenaje en Arkansas, USA y es conocida como l a frmula del
"Cypress Creek n. El coeficiente C para esa primera ecuacin tenfa un valor
de C = 35, el rea era expresada en millas cuadradas y Q tena unidades de
pies cbicos por segundo.
Posteriormente, Stephen y Mills (1965) adaptaron la frmula del Cypress
Creek de manera que sta pudiera ser u t i l i z a d a en otras localidades. Como
resultado propusieron una ecuacin para ca l c u l a r el coeficiente C* delafr.
mua o r i g i n a l . La ecuacin, adaptada al sistema mtrico, es:
C = 4.573 + 1.62 E (5.6)
en la cual C es el coeficiente a u t i l i z a r en l a ecuacin (5.5) y E es la
-
32
escorrenta total en centmetros, calculada por los mtodos que se describen
a continuacin. La escorrenta E en l a ecuacin (5.6) es dada para un tiem-
po de 24 horas; para otros tiempos E = (E x 24)/td. La figura 5.2 es l a re-
presentacin grfica de l a ecuacin (5.6)
5.5 Mtodos para calcular la escorrenta total ( E ) .
Dos de los mtodos ms se n c i l l o s de determinar la escorrenta total son:
(a) El balance hdrico diario , y
(b) El mtodo del Soil Conservation Service.
En ambos mtodos se requiere el conocimiento de:
(a) Lluvia de diseo
(b) Capacidad de infiltracin de los suelos.
La l l u v i a de diseo se obtiene de acuerdo a: (a) perodo de retorno -
- el cual obedece a factores econmicos y que como dijimos anteriormente se
considera como de 5 - 10 aos - y (b) duracin de la l l u v i a , determinada de
acuerdo al cultivo y l a cual se considera igual al tiempo de drenaje ( t d ) .
La infiltracin puede ser medida o estimada. En ambos casos hay que
proceder con mucha cautela debido a los muchos factores que influyen sobre
esta variable.
5.6 Mtodo del Balance Hdrico
Este mtodo no es ms que la aplicacin de una ecuacin s e n c i l l a de ba-
lance hdrico
E = P - I - Et , (5.7)
En la cual E es la escorrenta t o t a l , P es la l l u v i a de diseo, I es
la infiltracin total durante el tiempo de drenaje (td) y Et es la evapotrans^
piracin durante el mismo tiempo. Todos los trminos de l a ecuacin deben
presentarse en las mismas unidades. Es comn no tomar en cuenta l a evapo--
-
33
transpiracin ya que sta se reduce a unos cuantos milmetros; en tal caso
la relacin se reducira a:
E = P - I (5.8)
5.7 Mtodo del Servicio de Conservacin de Suelos de Estados Unidos (SCS).
Este mtodo es utilizado para estimar l a escorrenta total a p a r t i r de
datos de precipitacin y otros parmetros de las cuencas de drenaje. El me
todo fue desarrollado utilizando datos de un gran numero de pequeas cuen -
cas experimentales.
El mtodo se basa en la siguiente relacin:
- * (5 9) S Pe . . . . . . . . . .
en donde
F = Infiltracin real acumulada (L)
S - Infiltracin potencial (L)
Q - Escorrenta total acumulada (L)
Pe = Escorrenta potencial o exceso de precipitacin (L)
la ecuacin (5.9) se considera vlida a p a r t i r del i n i c i o de la escorrenta.
Pe se define como:
Pe - P - la . . . . . . . . . . (5.10)
y F es defini da como:
F = Pe - Q . (5.11)
El trmino la (abstracciones i n i c i a l e s ) es definido como l a p r e c i p i t a -
cin acumulada hasta el i n i c i o de la escorrenta y es una funcin de l a i n -
tercepcin, almacenamiento en depresiones e infiltracin antes del comienzo de la escorrenta. La figura 5
-
34
-
35
Combinando las ecuaciones ( 5 . 9 ) , (5.10) y (5.11) tenemos:
4 Pe + S (5.12)
Los autores del mtodo obtuvieron una relacin entre la y S i g u a l a 0,2
o sea l a = 0.2S . Esta relacin es bastante aceptable para situaciones pr
medio. Si se reemplaza esa relacin en l a ecuacin (5.12) obtenemos:
la cual es l a ecuacin p r i n c i p a l del mtodo* La ecuacin (5.13) se resuelve
grficamente u t i l i z a n d o la f i g u r a 5,4.
Hay que observar que en l a ecuacin (5.13), P y S deben tener las mis-
mas unidades y el Q obtenido, tambin tendr esas mismas unidades*
Para a p l i c a r l a ecuacin (5.13) es necesario conocer el v a l o r de S ( i n -
filtracin p o t e n c i a l ) l a cual es una funcin del suelo, de las condiciones
de l a s u p e r f i c i e del terreno y l a humedad i n i c i a l . El v a l o r de S para una
determinada condicin puede ser obtenido mediante el anlisis de h i d r o g r a -
fas de cuencas homogneas. Si despejamos S en l a ecuacin (5.12) obtenemos:
Todos los valores en l a ecuacin (5.14) pueden ser obtenidos de un h i -
drograma y su correspondiente hietograma.
El SCS despus de e s t u d i a r un gran nmero de pequeas cuencas^confeccio n un cuadro para estimar S a p a r t i r de un c i e r t o v a l o r CN (Curve Number).
S est relacionado con CN mediante l a s i g u i e n t e ecuacin.
(5.13)
(5.15)
-
36
CUADRO 5.1
CAPACIDADES HIDROLOGICAS DE LAS
CLASES TEXTURALES ^
Clase Textura! Capacidad de
Almacenamiento (S) %
Poros Grandes (G)
%
Porosidad * Disponible AWC
%
Arena gruesa 24.4 17.7 6.7
Franco arena gruesa 24.5 15.8 8.7
Arena 32.3 19.0 13.3
Arena franca 37.0 26.9 10.1
Arena franca fina 32.5 27.2 5.4
Franco arenosa 30.9 18.6 12.3
Franco arenosa fina 36.6 23.5 13.1
Franco arenosa muy fina 32.7 21.0 11.7
Franca 30.0 14.4 15.6
Franco limosa 31.3 11.4 19.9
Franco a r c i l l o arenosa 25.3 13.4 11.9
Franco a r c i l l o s o 25.7 13.0 12.7
Franco a r c i l l o limoso 23.3 8.4 14.9
A r c i l l o arenoso 19.4 11.6 7.8
A r c i l l o limoso 21.4 9.1 12.3
A r c i l l a 18.8 7.3 11.5
x / S = Capacidad total de Almacenamiento (Porosidad total - Humedad a 15 atmsferas).
G = Agua gravitacional = Porosidad total - Capacidad de campo.
AWC = Agua disponible (S - G).
Tomado de C.B. England: "Land Capability: An hidrologic Response unit in agricultura! Watersheds.-
-
37
CUADRO 5.2 CLASIFICACION HIDROLOGICA DE LOS SUELOS
(Soil Conservation Service)
Los grupos hidrolgicos en que se pueden dividir los suelos son utilizados en planeamiento de cuencas para la estimacin de la escorrenta a partir de la precipitacin. Las propiedades de los suelos que son considerados para estimar la tasa mnima de infiltracin para suelos "desnudos" ucgo dz un hu*rdexUtrw~ ta pKolongxdo son: profundidad del nivel fretico de invierno, infiltracin y permeabilidad del suelo luego de humedecimiento prolongado y profundidad hasta un estrato de permeabilidad muy lenta. La influencia de la cobertura vegetal es tratada independientemente.
Los suelos han sido clasificados en cuatro grupos A, B, C y D de acuerde al potencial de escorrenta.
A. (Bajo potencial de escorrenta). Suelos que tienen alta rata de infiltracin aun cuando muy hmedos. Consisten de arenas o gravas profundas bien o excesiva mente drenadosM7Esos suelos tienen una alta rata Ge transmisin de agua. (ncTu yen: Psamments - excepto por aquellas en los subgrupes Lticos, Aquicos o Aquo dicos; suelos que no estn en los grupos C o D y que pertenezcan a las familias: fragmentarias, esqueleto-arenosas o arenosas; suelos grosarnicos ce Udults y Udalfs; y suelos en subgrupos Arniccs de Udults y dalfs excepto por aquellas en familias arcillosas o finas.
B. (Moderadamente oajo potencial de escorrenta). Suelos con ratas de infil-tracin moderadas ruanco muy hmedas. Suelos moderadamente profundos a pro^ un -dos, moderadamente bien drenados a bien drenados, suelos con texturas moderada -mente finas a moderadamente gruesas y permeabilidad moderadamente lenta a modera damente repica. Son suelos con ratas de transmisin de agua moderadas (suelos que no estn en los grupos A, C c D)
C. (Moderadamente alto potencial de escorrenta). Suelos con infiltracin len_ ta cuando muy hmedos. Consiste de suelos con un estrato que impide el movimien_ to del agua hacia abajo; suelos de textura moderadamente finas a finas; suelos con infiltracin lenta debido a sales o alkali o suelos con mesas moderadas. Esos suelos pueden ser pobremente drenados o bien moderadamente bien dreandos con estratos de permeabilidad lenta a muy lenta (fragipan, hardpan, sobre roca dura) a poca produndidad (50-100 cm) (comprende sueles en sub-grupos albiecs o aqu -eos; suelos en sub-grupos arniccs de aquents, aquepts, aquellas, aqualfs y aquu Its en familias francas; suelos que no estn en el grupo D y que pertenecen a las familias finas, muy finas o arcillosas excepto aquellas con mineraloga cao-1 i n tica, oxdica o nal oi s tica; humods y orthods; suelos con fragi panes de hori 2optes petroclcicos; suelos de familias "poco profundas" que tienen subestratos permeables; suelos en subgrupos lticos con ruca permeable o fracturada que per-mita ls penetracin del agua).
D. 'Alto potencie! de escorrenta). Suelos con infiltracin muy lenta cuando muy hmedos. Consiste de suelos arcillosos con alto potencial de expansin; sue los ton nivel fretico alto permanente; suelos con "elaypan" o estrato arcilloso superficial; sueles con infiltracin muy lenta debido a sales o alkali y suelos poco profundos sobre material caso impermeable. Estos suelos tienen una rata de transmisin de agua muy lenta (Incluye: todos los Vertisoles y Aquods; suelos en Aquents, Aquepts, Acuols, Aqualfs y Aquults, excepto los subgrupos Arniccs en familias francas, suelos con horizontes matrices, suelos en subgrupos Lti-cos con subestratos impermeables; y suelos en familias poco profundas que tie_ nen un subes trato impermeable).
1/ Algunas traducciones del trmino en infles han sido tomadas de: Fausto Mal donado P.s "L Adaptacin al Castellano de los nombres usados en la 7a. aproximacin". IICA. Costa Rica..1971.
-
CUADRO 5.3
CLASIFICACION HIDROLOGICA
(Potencial de Escorrenta)
Segn: SIE LING CHIANG, Journ of Hidrol. 13(1971,54-62)
I I I I I I IV V VI VII
SUELOS BIEN DRENADOS Mod. Imperfe Pobremente Drenados
Muy TEXTURA PROFUNDIDAD A LA ROCA MADRE Bien
Drena-tamente Drenados
Pobremente Drenados Pobremente Drenados
Poco Profundo (0,90 m)
dos
1. Texturas Medias: o mezcla de texturas gruesas a finas C~(+D)*** + C B-(+B)**
(+ 0 * + C C + D D
2. Textura gruesa + C -(+D)*** B +B-(A)** (B ) * *
B +C + D D
3. Textura fina C -(D)*** C +C-(B)** C C D D
4. Textura media Sobre roca frac turada verticaT mente + C B + B + C c + D D
5. Textura Gruesa Sobre roca frac turada v e r t i c a T men te B -i B A B +c + D D
Cambios en clasificacin para suelos bien drenados * Existencia ae fragipan o "clay pan" en suecos profundos
S u a l o d e . o r > o + ' u n d i - \ d a M r r o v c v - d e "^ro v e ; ! C ^ ^ i v a n - e n t e b i e n . d v-->.=
-
39
CUADRO 5.4
Curvas de Escorrenta para los Complejos Suelo-Cobertura (CN) para ser utilizada en la Fig. 5.4 (para condicin de humedad I I , y la. = 0.2 S)
C o b e r t u r a Grupo de Suelos
Uso de la Tratamiento Condicin A B C D
Tierra o prctica. Hidrolgica Numero de* Curva
Rastrojo Hileras rectas 77 86 91 94 Cultivos en hile ras n ti Mala 71 81 88 91
IT tf Buena 67 78 85 89 c/curvas de nivel Mala 70 79 84 68
it ti Buena 6 5 75 82 86 c/curvas de nivel y terraza? Mala 66 74 80 82
M ir tt Buena 62 71 78 81
Cultivos en hile Hileras rectas Mala 65 75 84 88 ras estrechas. 63 75 87 Buena 63 75 83 87
Curvas de nivel Mala 63 74 82 85
Buena 61 73 81 84 Curvas de nivel y terrazas Mala 61 72 79 82
Buena 59 70 78 81
Leguminosas en-^ Hileras rectas Mala 66 77 85 89 hileras estrechas ti ii Buena 58 72 81. 85
o forraje en Curvas de nivel Mala 64 75 83 85 rotacin tt rt ti Buena 55 69 78 83
Curvas de nivel y terrazas Mala 63 73 80 83 Curvas de nivel y terrazas Buena 51 67 76 80
Pastos de pas- Mala 68 79 86 89 toreo Regular 49 69 79 84
Buena 39 61 74 80 Curvas de nivel Mala 47 67 81 88
n tt ti Regular 25 59 75 83 ti ti ?t Buena 6 35 70 79
Pasto de CQrte Buena 30 58 71 78
Bosque Mala 45 66 77 83 Regular 36 60 73 79 Buena 25 55 70 77
Patios 59 74 82 86
Caminos tierra-^ 72 82 87 89
Pavimentos-^ 74 84 90 92
Siembra tupida o al voleo. Incluyendo derecho de va
-
40
CN para condi_
z ion II
CUADRO 5.5
Nmero de Curva para Casos de Condicin
de Humedad Antecedente I y I I I
CN para condiciones
I III
Valores
S
La Curva* CN para comienza condi-cuando cien
P= T T
CN para condiciones
I I I I
Valores
S
La Curva* comienza cuando
(pulgadas)(pulgadas) (pulgadas)(pulgadas)
100 100 100 o 0 60 40 78 6.67 1.33 99 97 100 # 101 .02 59 39 77 6.95 1.39
98 94 99 t 204 .04 58 38 76 7.24 1.45
97 91 99 309 .06 57 37 75 7. 54 1.51
96 89 99 t 417 .08 56 36 75 7.86 1.57
95 87 93 526 ,11 55 35 74 3.18 1.64
94 85 98 638 .13 54 34 73 8. 52 1.70
93 83 98 7 53 .15 53 33 72 8.87 1.77
92 81 97 870 .17 52 32 71 9.23 1.85
91 80 97 989 .20 51 31 70 9 o 61 1.92
90 78 96 1. 11 .22 50 31 70 10.0 2.00
39 76 96 1. 24 . 25 49 30 69 10.4 2.08
88 75 95 i. 36 2 7 48 29 68 10.8 2.16
87 73 95 i 49 .30 47 28 67 11.3 2.26
86 72 94 1. 63 ,33 46 27 66 11.7 2.34
85 70 94 1. 76 .35 45 26 65 12.2 2.44
84 68 93 A , 90 . 38 44 25 64 12.7 2. 54
83 67 93 2. 05 .41 43 2 5 63 13.2 2.64
82 66 92 2 0 20 .44 42 24 62 13.8 2.76 81 64 92 2. 34 .47 41 23 61 14.4 2.88 80 63 91 2 . 50 . 50 40 22 60 15.0 3.00
79 62 91 2 66 . 53 39 21 59 15.6 3.12
78 60 90 2. 82 ,56 38 21 58 16.3 3.26
77 59 89 n .
99 .60 37 20 57 17.0 3.40
76 58 89 3. 16 ,63 36 19 56 17.8 3. 56
75 57 88 3, 33 .67 35 18 55 18,6 3.72 74 55 88 3. 51 .70 34 18 54 19.4 3.88 73 54 87 3, 70 . 74 33 17 53 20.3 4.06 72 53 86 3. 89 ,78 32 16 52 21.2 4.24
71 52 86 4. 08 .82 31 16 51 22.2 4.44
70 51 85 u, 28 .36 30 15 50 23.3 4.66
69 50 84 4 e 49 .90 68 4 8 84 4, 70 .94. 25 12 43 30.0 6.00 67 47 83 4. 92 .98 20 9 37 40.0 8.00 66 46 82 5. 15 1 .03 15 6 30 56.7 1 1 . 34 65 45 82 5. 38 1 .08 10 4 22 90.0 18.00 64 44 81 5. 62 1 .12 5 2 13 190.0 38.00 63 43 80 5. 87 1 .17 0 0 0 infinito infinito 62 42 79 6. 13 i .23 61 41 78 6. 39 1 ,28
* Para CN en la columna 1
-
SOLUCION DE LA ECUACION DE ESCORRENTIA Q = { z 0 2 S } 2 w P+0.8S
P=0 o 30 cms Q = 0 o 20 "
20.0
10.0 120 14,0 160 1BX)
PRECIPITACION (P) EN djis. 20.0 22.0 24.0 260 26.0 3C
RFIRtNC f Mockus, Vctor; Estimoting direct runoff amounls from storm roinfall:
Control Technicof Unt , October 1955
. &. DEPAKTMENTtH? AGR1CULTURR SOIL CXDNSERVaSON SERVICE SNomuiumi wvTsicw BTTJKOLOOT M U N C H
STANDARD DWG. NO. ES- 1001 SHEET 1 QF 2 DATE 6-29-56
Fig. 5.4. GH^CO paa ni Clculo dt la E6co*A
-
42
Esta ecuacin fue desarrollada para trabajar con pulgadas. Para u t i l i -
zar centmetros la ecuacin quedara:
S = ^ - 2 5 . 4 (5.16)
El cuadro 5.4 se u t i l i z a para obtener los valores de CN para diferentes
prcticas agrcolas y condiciones hidrolgicas. Ese cuadro fue confecciona-
do en base a una relacin la = 0.2S y para una "condicin dg humedad antece-
dente" promedio (AMC I I ) . Para d e f i n i r las condiciones de humedad se u t i l i -
zan los siguientes valores.
CUADRO 5.6
CONDICION DE PRECIPITACION ACUMULADA HUMEDAD ANTECEDENTE DE LOS 5 DIAS PREVIOS
(AMC) AL EVENTO EN CONSIDERACION
I 0 - 3.50 cm
I I 3.50 - 5.25 cm
I I I ms de 5.25 cm
El cuadro 5.5 se u t i l i z a para corregir el valor de CN para las condici
nes I y I I I . Los grupos de suelos pueden ser obtenidos a p a r t i r de la infojr
macin de un estudio de suelos y utilizando los cuadros 5.2 y 5.3. Los valo_
res de S en el cuadro 5.5 estn dados en pulgadas.
La condicin hidrolgica que aparece en el cuadro 5.4 se r e f i e r e (enfo
ma general) al grado de cobertura vegetal y puede aproximarse as:
Buena = Cobertura en ms del 75% del rea
Regular = Entre 50 y 75%
Mala = Menos del 50%
5.8 Ejemplo del Clculo de la Escorrenta y el Coeficiente de Drenaje
Se desea determinar la escorrenta y el coeficiente de drenaje para un
-
43
rea con las siguientes caractersticas:
(a) topografa plana
(b) suelo a r c i l l o - limoso
(c) cobertura: maz en h i l e r a s
(d) buena condicin hidrolgica
(e) l l u v i a para 5 aos y 24 h = 120 mm.
( f ) evaporacin = 5 mm/da m
(g) infiltracin = 0 10 cm/hora
Solucin
(a) Mtodo del Balance Hdrico
E * P - Et - I E = 120 - 5 - ( 1 x 24) = 91 mm.
(b) Mtodo SCS
( b c l ) Cuadro 5.2, Suelo = D
(b.2) Con suelo D, c u l t i v o en h i l e r a s y buena condicin hidrol-
gica en el Cuadro 5
-
44
Si se adopta 90 mm como el val o r de la escorrenta, el c o e f i c i e n t e de
drenaje a emplear en la ecuacin 5.5 sera:
C = 4.573 + 1.62 (9.0) = 19,15 (5.4)
el cual tambin puede obtenerse directamente de l a Figura 5.2.
La ecuacin de diseo resultara:
0 = 19,15 Ha~ / e ( 5.5.)
Si se hubiera u t i l i z a d o l a ecuacin 5,2 el resultado hubiese s i d o :
Cd = Z J % * 9 0 = 10.43
y l a ecuacin de disee resultara:
Q = Cd x Ha = 10.43x Ha (5.2)
Esta ltima ecuacin (5.2) proporciona valores menores para reas meno_
res de 50 Has Para s u p e r f i c i e s mayores, l a ecuacin (5.3) r e s u l t a en memo
res valores de Q y por consiguiente el diseo ser ms econmico. En c u a l -
quier caso, l a ecuacin recomendada es l a 5.5.
6 0 METODOS DE DRENAJE SUPERFICIAL
Los mtodos de drenaje a emplear en una determinada rea, dependern de
varios factores de los cuales los ms importantes son los s i g u i e n t e s :
(1) fuente de exceso de agua
(2) caractersticas topogrficas del rea
(3) suelos
(4) c u l t i v o s a u t i l i z a r
(5) consideraciones s o c i a l e s .
En general se pueden encontrar t r e s t i p o s de soluciones, dependiendo de
la fuente de exceso de agua:
-
45
(1) control de inundaciones
(2) control de aguas de escorrenta de zonas adyacentes
(3) drenaje s u p e r f i c i a l l o c a l .
6.1 El Control de Inundaciones
Consiste en l a construccin de obras de ingeniera, que impidan el des-
bordamiento de los ros causantes del problema. Estas obras requieren gran-
des inversiones y ameritan un estudio hidrolgico bastante profundo.
Este tema por sus caractersticas especiales no ser tratado aqu.
6.2 El Control de las Aguas de Escorrenta de Areas Adyacentes
Se logra mediante la construccin de canales interceptores o mediante
la proteccin del rea por medio de diques perimetrales que impidan la entra
da de agua al rea en consideracin. La primera solucin ser considerada
en el captulo de diseo.
6.3 El Drenaje Superficial Local
Es aquel que se r e a l i z a dentro del rea problema y consiste del conjun-to de canales de desage y de las obras de sistematizacin o conformacin del terreno.
La red de drenajes comprende:
(1) canales principales
(2) canales secundarios
(3) canales colectores,
Los canales principales generalmente son los mismos drenajes naturales
ampliados y rectificados, Los canales secundarios estn formados-por parte
de la red natural y por canales nuevos que son construidos para ampliar la
red. Los colectores o t e r c i a r i o s , son los drenajes que recogen el agua d i -
rectamente de los campos de produccin o de las parcelas del sistema. El di_
seo de la red principal ser tratada en el Captulo 7.
-
46
6.4 Mtodos de Conformacin del Terreno
La red principal de drenaje se disea bajo el supuesto de que el escu-
rrimiento s u p e r f i c i a l sobre las parcelas, pueda ser logrado en los tiempos
previstos. En el caso de la red colectora, sta se disea siguiendo normas
hidrulicas perfectamente conocidas y se supone que su funcionamiento esta-
r de acuerdo a lo diseado; por el contrario, el escurrimiento de las par-
celas hacia la red colectora no puede ser determinado con tanta f a c i l i d a d ya
que stas se encuentran por lo general en condiciones naturales y con todas
las irregularidades propias de un terreno agrcola. El f l u j o del exceso de
agua hacia los drenes depender principalmente de;
(a) Pendiente del terreno
(b) Mi ero-reieve
(c) Cobertura
(d) Condiciones de humedad
(e) Longitud de recorrido del flujo
Cada uno de esos factores es responsable por una mayor o menor v e l o c i -
dad del f l u j o . De todos estos factores, l a pendiente, el micro-relieve y
la longitud de recorrido, pueden ser planificados en las obras de conforma-
cin del terreno.
En el caso de que en las condiciones actuales, no ocurra un f l u j o sufi_
cientemente rpido para garantizar l a evacuacin de los excesos de agua, en
el tiempo requerido por los c u l t i v o s , habr que modificar l a su p e r f i c i e del
terreno.
La cobertura puede modificarse cambiando el cultivo o uso de l a t i e r r a ;
las condiciones de humedad no pueden cambiarse pues son dependientes del c l i _
ma. De esta manera para garantizar el escurrimiento habr que.modificar -
cualquiera o una combinacin de los siguientes factores: pendiente, micro-ne
lie v e o longitud de recorrido. La figura 6.1 muestra estos tres factores es_
quema ticamente. La modificacin de estos factores se logra mediante la sis_
tematizacin y conformacin del terreno. El microrelieve se puede modificar
mediante un alisamiento de la su p e r f i c i e ; la pendiente puede cambiarse m e
-
/ )
9 \
i ni
O \ 1/ I
DIRECCION DEL FL'JJOX
y ^ v \
OEPRESiGNES
1 ) j
1/
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P L A N T A
Dren colector parcelario lnea de p e n d i e n t e
Area de E s c u r r i m i e n i e l d r e n
HOLIAR 6.1 facXon&A- topogA&frLco mo di cablea mtarXz obtuxA de con&oswiacsin dt ZWIQMQ.
-
48
diante obras de conformacin del terreno y l a l o n g i t u d de r e c o r r i d o se modi_
f i c a mediante el espaciamiento de los drenes colectores p a r c e l a r i o s .
Los mtodos de mejoramiento del drenaje s u p e r f i c i a l ms conocidos son:
(a) Conformacin
(b) Emparejamiento o al i Sarniento
(c) Camellones anchos o Bancales
(d) Camellones angostos
6.4.1 Conformacin (Land gradina)
Este mtodo se u t i l i z a generalmente cuando se contempla e l ri e g o com
plementario por s u p e r f i c i e - La conformacin puede hacerse para aumentar las
pendientes en t i e r r a s muy planas o para a l t e r a r topografas muy i r r e g u l a r e s
y conformarlas en varios panos, que permitan el l i b r e e scurrimiento de las
aguas tanto para drenaje como para riego por s u p e r f i c i e . Por l o general en
un t r a b a j o de conformacin, se modifican todos los fa c t o r e s p r i n c i p a l e s co-
mo: pendiente, m i c r o - r e l i e v e y l o n g i t u d de r e c o r r i d o . Esta es una prctica
bastante r e c i e n t e y su utilizacin est comenzando a extenderse rpidamente
en los Estados Unidos, Este mtodo t i e n e l a gran desventaja de ser muy cos_
toso y s i no se p l a n i f i c a bien los cambies de pendiente, puede r e s u l t a r con
traproducente en los aos secos por f a l t a de agua para los c u l t i v o s o s i se
exagera l a pendiente puede ocasionarse erosin de los suelos. Las f i g u r a s
6.2 y 6o3 muestran esquemas ae la utilizacin del mtodo. Las obras de coin
formacin por l o general requieren del uso de maquinaria pesada las cuales
pueden causar gran perturbacin de l a naturaleza de los suelos. El uso de
este mtodo como se d i j o anteriormente deber ser condicionado de t a l forma
que se produzca una mnima remocin de suelo vegetal. El mtodo no es reco_
mendado para suelos poco profundos,.
6.4.2 Emparejamiento (Land smoothing)
Este mtodo consiste en l a eliminacin de pequeas depresiones y l o -
mas que impiden el movimiento del agua* El emparejamiento se r e a l i z a gene-
ralmente en terrenos que poseen una pendiente adecuada, por l o t a n t o no se
-
49
M o v i m i e n t o
Promedio 0.2 %
Fig. 6.5 Ce n cDvacu.ci i *
* Tomado ae V.R. Ceda and P.J. Zwqxnvn 1 970. SuSifiact VKalnagz o i Flai Land-b.
-
50
Fta. 6.5 CamtJt.onte Anchc Bedding). *
* Tornad re: O . CeeXc and P.J. ZitfAmaw. (1970).
-
contempla la modificacin de l a pendiente, y en consecuencia, el movimiento
de t i e r r a es bastante pequeo, (F i g , 6 Melendes,1970a y 1970b),se ha demostrado que
los camellones aumentan el rendimiento de los pastos de c o r t e . Los cuadros
6.1 y 6,2 presentan algunos resultados obtenidos en siembra en camellones an_
chos- Las f i g u r a s 6 5 y 6 7 muestran algunos d e t a l l e s de los bancales
6.4.4 Camellones angostos ( r i age plnt^ng):
Este es el mtodo ms s e n c i l l o y econmico de mejorar el drenaje su-
p e r f i c i a l y consiste simplemente en la construccin de surcos que servirn
como drenes y en el camelln se planta e c u l t i v o . Una modalidad del mto-
do consisten en hacer ei camelln un poco ms ancho y p l a n t a r dos h i l e r a s so_
-
CUADRO 6.1
RESUMEN DE LOS RENDIMIENTOS OBTENIDOS MEDIANTE EL SISTEMA
DE SIEMBRA DE CAMELLONES ANCHOS EN CAMPO EXPERIMENTAL
AGUA BLANCA. AOS 70 AL 7 1 ^
AO e u I T i y A R RENDIMIENTO EN Kg/Ha AL 12% HUMEDAD
ANCHO DEL BANCAL EN METROS
25 37 45 53
1970 V. Foremaiz - 1 2 830 - -1971 V. Foremaiz - 1 3 720 - - -
1972 H. Baraure 5 000
1973 V. Foremaiz - 2 2 827 3.971 4.128 4.166
1974 H. Baraure 2 809 3.813 - * 4.336
(-) Para esos aos no existan o no fueron sembrados.
M Tomado de Foremaiz (1974).
-
53
CUADRO 6 2
RENDIMIENTOS DE MAIZ EN KG/HA DE LOS DIFERENTES CAMELLONES
ANCHOS (BANCALES) PARA LOS AOS DE EVALUACION 1970 - 1975*
Aos RENDIMIEN TOS A l 1 2 $ DE HUMEDAD (Kg/Haj PRECIPITACION
mm (C i c l o maz)
Aos i 2
B A N C A L E S 3 4 5 6 7
PRECIPITACION mm
(C i c l o maz)
1 9 ? 0 - 2 830 1
1 . 1 3 2 , 7 0
71-1 3 720 9 7 9 , 1 0
72 r K 000 1 = 2 5 8 , 9 0
73 , * b 3 2 ' ? G 3 0 1 3 2 373 3 , 9 7 1 4 = 1 2 8 4 , 1 6 6 9 1 4 , 5 5
7 4 2,845 3 . 0 9 3 4 . 2 1 3 4 = 421 9 7 4 , 2 0
7 5 6 , 4 3 5 6 4 8 7 4 7 8 4 5 . 0 0 8 5 , 8 9 6 8 9 8 , 4 0
Durante estos aos, no se evaluaron ios rendimientos de cada bancal por separado,
* Tomado de Marcene, Felipe, Foremaiz, 1 9 7 5 =
CUADRO 6.3
CARACTERISTICAS DE l O S C A M E L L O N E S A N C H O S ( B A N C A L E S )
D E LA ESTACION AGUA B L A N C A ( F O R E M A I Z )
Carne!lo Tamao SuDerf1 ci
H g
Al tura Promedio
m ^
Pendiente Promedio La t e r a l
Pendiente Promedio
Longi t u d i n a l (Cresta)
0/ /o
Pendiente Promedio
Lo n g i t u d i n a l (Surcos muertos)
%
nes Anchos
Long = m
Ancho rr
SuDerf1 ci
H g
Al tura Promedio
m ^
Pendiente Promedio La t e r a l
Pendiente Promedio
Longi t u d i n a l (Cresta)
0/ /o
Pendiente Promedio
Lo n g i t u d i n a l (Surcos muertos)
%
1 5 4 9 30,4 1.67 2,69 0 , 2 3 0 , 2 8
2 5 5 9 24,0 1,34 0,33 2 , 8 0 0 , 2 4 0 , 2 6
5 6 8 25,2 1,43 0,36 2 , 8 0 0 , 2 4 0 , 2 6
4 577 26,7 1 Ra 0,3- 2,83 0 , 2 2 0 , 2 5 5 5 8 9 37,5 0,30 1,70 0 , 2 4 0 , 2 4
6 603 4 4 ? 4 2 ,68 0,39 i , 80 0 , 2 5 0 , 2 3 7 6 2 0 C 9 E Oc j D 3,26 0,35
__ J 1,37 0 , 2 2 0 , 2 3
-
54
B
g2a
T E R R E N O EN CONDICIONES NORMALES.
IDENTIF ICACION MEDIANTE ESTACAS Y J A L O N E S DEL ANCHO D E L BANCAL.
ORIENTACION DEL OPERADOR PARA INI-CIAR PRIMER PASE DE ARADO.
PRIMER CORTE DEL ARAOO
Surco muerto o dren colector Centro del
boncol
FORMA QUE ADQUIERE E L T E R R E N O D E S P U E S DE T R E S P A S E S DE A R A D O Y 4 DE R A S T R A .
0
SEGUNDO CORTE OEL ARADO.
VQUJUX 6.6 Secuencia & egnA paAa a conAttuiccn de un cameULn an
Tomado de hkLHcano (7975]
-
55
Ega>ux 6.7 Aguno d&tale de Zo& Bancales
{Temado de SCS, P^oiage o& AgAaiittuAal
LancU, 1 9 77 ).
-
56
ORIENTACION DEL TRACTOR Y DEMAS IM-P L E M E N T O S PARA INICIAR L A S L A B O R E S DE ACAMELLONADO, SIEMBRA Y ABONADO.
INICIO DE L A S L A B O R E S DE A C A M E L L O -NADO, SIEMBRA Y ABONADO.
VISTA G E N E R A L DE LOS C A M E L L O N E S MAS ZANJILLOS
FQAJOL 6.S Si>tzma d ^mbxa en caw&lcn&> YYVU zanjo
* Adaptado d
-
57
bre ele El surcado puede hacerse para cada siembra o pueden ser semiperma-
nente e Una combinacin de camellones semipermanentes con labranza mnima se
ra muy conveniente siempre y cuando las condiciones climticas y edficas
as l o permitan. La f i g u r a 6 C8 esquematiza este mtodo. Al i g u a l que los
mtodos a n t e r i o r e s , el diseo de las dimensiones y pendientes de los came-
llones debe ser t a l que permita una rpida evacuacin de los excesos de a-
gua, pero al mismo tiempo no tan a l t o s ni con excesiva pendiente que p e r j u -
diquen el e q u i l i b r i o hdrico del suelo y fomenten l a erosin. El cuadro 8,3
aporta algunos aspectos productivos en un ensayo con camelIones 0 En l a ac-
tu a l i d a d e x i s t e n en el mercado maquinarias que pueden r e a l i z a r el surcado y
la siembra en una sola operacin
7, DISEO DE L A RES C0L,EC t0RA-
El diseo de un sistema de colectores de drenaje s u p e r f i c i a l comprende
cuatro fases p r i n c i p a l e s :
(1) Clculo de c o e f i c i e n t e de drenaje o ecuacin de diseo
(2) Trazado de l a red de drenaje
( 3 ) Dimensionamiento de la red
(4) Estimacin de costos-,
7.1 Clculo del Coeficiente de Drenaje o Ecuacin de Diseo:
El captulo 5 describe con bastante d e t a l l e como r e a l i z a r el clculo
del c o e f i c i e n t e de drenaje- Tomando en cuenta esas consideraciones pueden
obtenerse ecuaciones de diseo para d i f e r e n t e s reas- El resultado f i n a l se
ra un conjunto de ecuaciones de la forma Q = CA 6 (5.5 ) e Esas e c u a c i o -
nes pueden presentarse grficamente (Fig. 7,5) para f a c i l i t a r los clculos.
La escogencia de la l l u v i a de diseo puede hacerse empleando estudios
s i e x i s t i e r e n . En muchos pases es co--
rcn encontrar "Atlas de profundidad- duracin-frecuencia" ( F i g t 7.1 y 7,2).
Encaso de no e x i s t i r estudios de esa ndole, puede r e a l i z a r s e uno en base
* datos del rea (Cuadro 7-1 y Fig, 7,3 y 7.4).
-
Fgiiia 7. J LiuviaA paAa un pQAodo de xoXon.no de 5 ao* y donacin de VI koKaub, (MOP, 1963)
-
Tlguxa 7.2 Lluvixu paAa un pzAlodo dz Kzton.no dz 10 ao A duAacXn dz 12 koAxu. (MOP. 1963)
-
60
CUADRO 7.1
SELECCION DE LLUVIAS MAXIMAS OCURRIDAS
PAPA 1, 2, 3, 4 y 5 DIAS DE LLUVIAS CONSECUTIVAS
DURANTE EL CICLO DEL MAIZ i-/
ESTACION AGUA BLANCA
Precipitacin (m.m)
Ao Ida 2 das 3 das 4 das 5 das
1964 77.0 82. 8: 104.30 114 .30 133.60
1965 60,4 6 5 . 7 0 80.50 93. 50 97. 50
1966 65.9 65. 90 77.20 86.30 124.60
1967 39.1 62. 00 81.80 107.80 120.50
1968 70.4 75. 70 7 5.70 7 7 . 50 109.70
1969 65.5 75. 20 76.90 115.20 118.20
1970 66.9 68. 50 96 ,10 99 . 20 104.20
1971 59.1 59. 80 63.20 78.90 90.40
1972 82.6 97. 90 110.30 112.30 123.70
1973(F) 89.0 90. 75 90.75 94.32 101.92
1974 (F) 75.6 102 . 20 102.20 117.70 139.60
1975(F) 76.4 100. 20 108.70 114.00 130.10
PERIODOS DE PETORNO PARA LAS LLUVIAS
MAXIMAS OCURRIDAS EN 1. 2, 3, 4, Y 5 DIAS CONSECUTIVOS
Ao 1 da Ao 2 d i 3 S Ao 3 c as Ao 4 d as Ao 5 das m
73 89.0 74 102 . 20 72 110 . 30 74 117 .70 74 139.60 1 3 . 0 ^
72 82. 6 75 100. 20 75 108 . 70 69 115 . 20 6 4 133.60 6.5:;
64 77.0 72 97. 90 64 104 . 3 0 64 114 .30 75 130.10 4.33
75 76.4 73 90. 7 5 74 102 . 20 7 5 114 . 00 66 124.60 3.25
74 75.6 64 82. 80 70 10 72 112 .30 72 123.70 2.60
68 70.4 68 75. 70 73 9 0 75 6 7 107 .80 67 120.50 2.17
70 66.9 69 75. 20 6 7 80 70 99 .20 69 118,20 1.86
66 65.9 70 68. 50 6 5 80. 50 73 94 . 32 68 109.70 1.63
69 65.5 66 65: 90 66 7 7 . 2 0 65 93 . 50 7 0 104.20 1.44
65 60.4 65 65. 7 C 69 1 90 6 6 86 .30 73 101.92 1.30
71 59.1 67 62. 00 6 8 ! 7 5 . 70 71 78 .90 65 97.50 1.18
67 39.1 71 59. 80 71 2 0 68 77 .50 / x 90.40 1.08
i/ Tomado de De Len, 197 6.
-
P R E C I P I T A C I O N ( m m )
o
Z9
-
La determinacin ce los otros parmetros necesarios para el clculo -
del c o e f i c i e n t e de drenaje se har u t i l i z a n d o l a informacin agrolgica y
climatolgica. En el caso de no poseer esa informacin es indispensable -
r e a l i z a r un estudio al respecto. El d e t a l l e del estudio depender del n i -
vel del resultado esperado. Hay que tomar en consideracin que el diseo -
debe r e a l i z a r s e en base al uso i n t e n s i v o ms frecuente y siempre tomando en
consideracin los factores econmicos-
7,2 Trazado de la Red deDrenaje
El trazado de l a ^ed de drenaje consiste en la elaboracin de un plano
con l a ubicacin de cada uno de los drenes primarios y secundarios, Para el
trazado de estos canales se tomarn en cuenta las si g u i e n t e s e s p e c i f i c a c i o -
nes :
(1) Procurar u t i l i z a r los drenajes naturales o canales de drenaje exls_
tentes.
(2) El canal debe ser capaz de r e c o l e c t a r toda el agua del rea que s i r
ve
(3) Los canales deben estar l o c a l i z a d o s en los s i t i o s ms bajos del te
rreno o
(4) La sanda debe ser conveniente
(5) Los canales no deben tener curvas f u e r t e s ,
( 6 ) Las pendientes no deben ser muy f u e r t e s para evi t a r erosin 0
(7) El trazado debe f a c i l i t a r , en l o p o s i b l e , un parcelamiento adecuado.
7 0 3 Dimensienastlente ae a_Red
Una vez trazada la red se proceder a:
(a) Clculo de la capacidad oe los canales-
(b) Diseo ae ^os canales
Los valores obtenidos en esta etapa sern u t i l i z a d o s para el diseo cte
f i ni t i ve.
-
64
7.3.1 Clculo de l a Capacidad de los Canales Colectores
Las capacidades de los canales se ca l c u l a n u t i l i z a n d o l as ecuaciones
de diseo obtenidas de acuerdo a los anlisis efectuados en el Capitulo 5.
Para el caso de un slo dren, se u t i l i z a l a ecuacin directamente; cuando en
el rea e x i s t e ms de una ecuacin, hay necesidad de c a l c u l a r "reas equiva-
l e n t e s " . En las intersecciones se debe u t i l i z a r l a Regla del 20-40. Estos
dos ltimos procedimientos se describen a continuacin. Para f a c i l i d a d y 0
denamiento de los clculos es conveniente confeccionar un cuadro s i m i l a r al
Cuadro 7.4.
7.3.1.1 Clc