DRENAJE DE TERRENOS AGRÍCOLAS

MANUAL DEL CURSO
IRRIGACION Y DRENAJE
HUGO AMADO ROJAS RUBIO
DRENAJE DE TERRENOS AGRÍCOLAS
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DRAINAGE MANUAL BUREAU OF RECLAMATION
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DRENAJE DE TERRENOS AGRÍCOLAS Y TIERRAS SALINAS
El riego en una zona agrícola eleva la napa freática. Conforme
transcurre el tiempo es suelo se satura y las sales que estaban en
el interior afloran a la superficie, baja. salinizando el suelo.
La napa freática debes estar por debajo de la parte radicular de la
planta, esto para evitar el marchitamiento y baja producción de la
NAF.
planta.
Caso de ciudades costeras:




OBJETIVOS:
-
Evacuar el agua en exceso para mantener un nivel de agua adecuado y ni perjudique a las
plantas u obras.
También existe los drenes abiertos. Pero el inconveniente es que se pierde terreno agrícola.
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PLANTA:
drenaje parcelario (dren de campo)
d
colector
0+00
MAR
sub colector
colector
troncal
principal main 1+00
2+0.00
La descarga por la troncal debe ser por gravedad. En situaciones difíciles se empleará estaciones de
bombeo.
La numeración en el sistema de drenaje se comienza por la parte más baja.
Información básica:
1. La capacidad del suelo para permitir discurrir agua a través de él.
2. La cantidad, fuente, dirección y características químicas del agua que discurre dentro del suelo.
3. Condiciones naturales o artificiales para su evacuación.
Arena, grava  suelo ligero
Arcilla
 suelo pesado
LA TOPOGRAFÍA:
Es la actividad más importante a realizar. El levantamiento topográfico se hará a curvas de nivel no
mayor de 50 cm en zonas de pendiente y no mayor de 20 cm en zonas planas.
Se indicarán en estos planos, las posibles entradas y salidas, y condiciones resaltantes topográficas. La
escala no debe ser menor de 1/5000 (preliminar) y 1/2000 para diseño definitivo.
GEOLOGIA:
Permite:
1. Determinar el tipo de formación geológica del suelo.
2. La presencia de los estratos permeables y los acuíferos.
Estrato impermeable (BARRIEL): Se puede considerar estrato impermeable cuando la relación
de conductividad hidráulica superficial se halla en la relación de 1 a 10.
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CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS:
Esta ligado a la capacidad del suelo de discurrir agua a través de él. Conductividad hidráulica.
Q = KiA
Ley de Darcy:
,
K : conductividad hidráulica
I : gradiente hidráulica
A:
En estratos diferentes se trabaja con la conductividad hidráulica ponderada.
Conductividad hidráulica ponderada
h1.
K1
h2
K2
.
horizontal:
K hp =
K 1 h1 + K 2 h2 + ... + K n hn
h1 + h2 + . .. + hn
Conductividad hidráulica ponderada vertical:
h3.
K3
K vp =
h1 + h2 + ... + K n hn
h
h1
h
+ 2 + n
K1 K 2 K n
TEXTURA:
Viene a ser la proporción de los diferentes tamaños de los elementos del suelo que conforman la
muestra.
Triángulo:
ar
o
ci
m
ll
li
a
100% 0
0
100%
100%
arena
0
Suelo tipo franco arenoso: Suelo con un porcentaje de arcilla.
Limo y arena.
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RENDIMIENTO ESPECÍFICO:
Definido como el volumen de agua liberado de una muestra de suelo de volumen conocido bajo la
acción de la gravedad y de las condiciones inherentes del suelo.
S=
Volumen drenado
x 100
Volumen total
Grafico que relaciona Rendimiento específico con K (conductividad hidráulica)
40
K
S
1
0.1
El rendimiento específico óptimo de un suelo está entre 6 % y 10%.
SALINIDAD: La salinidad de un suelo se mide por conductividad eléctrica en minimohs (inversa
del ohmio).
C.E. = minimohs / a 25 °C
meq l
C .E =
12
,
meq = miliequivalente
1 p.p.m. = mg/lt
mínimos = 0.64 gr/lt
La salinidad de los suelos aparte de afectar la producción de las plantas, lo hace también con las obras
de drenaje.
Ataque de sulfatos  cemento tipo V (Fabrica cemento andino)
PLANOS DE ISOSANILIDAD: Representación de curvas con igual salinidad.
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LAVADO DE SUELOS: Altura de lámina de agua en función de la salinidad del suelo, que permite
disolver las sales en la superficie y conducirlos por el sistema de drenaje.
Efecto pistón
Preguntas a contestarse en drenaje agrícola:
1. Hay exceso de agua y/o sal actualmente y en el futuro.
2. Existe una salida adecuada o no para el agua o sal en exceso.
3. ¿Cuál es la fuente de exceso de agua y sales?
4. ¿Qué sistema de drenaje es el más conveniente? (cubierto o abierto)
5. ¿Cuánta agua y sal deberá extraerse?
En suelos pesados (arcilla) el drenaje se hace más difícil. El agua que ingresa difícilmente se puede
evacuar. El caso más crítico se presenta en suelo turbosos (requiere espaciamientos muy cortos entre
tuberías).
El exceso de agua, se debe principalmente a:
-
La precipitación
-
Las aplicaciones de agua
-
El cipech, producto de los reservorios naturales o artificiales
-
Presencia de acuífero
Se hacen los planos de agua sub-superficial:
i)
Planos de curvas de contorno: Se constituyen con puntos de igual cota de la napa freática,
indican la dirección del movimiento del agua de recarga y dan una idea de la conductividad
hidráulica por la distancia entre líneas.
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El B.M. es es 0+00 (NMM)



Curvas juntas  Zona de recarga

 
Drenes por lo general deben ser
paralelos a las curvas de nivel.
ii)
Plano de isoprofundidad: Es el plano que representa puntos de igual profundidad de la
napa, respecto del terreno (superficie).



El plano de isoprofundidad se puede obtener superponiendo el plano de curvas de nivel del terreno
con el plano de curvas de contorno.
L
L
RÍO,
MAR
O
LAGO
Drenes parcelarios:
Gravedad
o
bombeo
troncal
colector
colector
Longitud máxima L  300 mt
4φ6
Recomendado ??
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Existen 2 métodos para calcular el espaciamiento entre drenes:
A) Flujo permanente
B) Flujo no permanente
A) En flujo permanente la recarga normativa (Ca) depende de las precipitación, riego, flujo
subterráneo, y se expresa en mm/día.
La profundidad de las raíces de cultivo indicará la altura mínima en que se encontrará el NAF. En el
punto medio entre los drenes.
B) En flujo no permanente: se refiere al tiempo en que la napa freática desciende de una posición
inicial (h0) inmediatamente después del riego a una posición (ht) sin que el cultivo se vea afectado de
un cierto grado de saturación (3 a 5 días).
TIPOS DE FLUJO ALREDEDOR DE LA TUBERÍA:
Existen 3 tipos de flujos: horizontal, vertical y radial, básicamente el flujo vertical es despreciable
respecto de los 2 restantes.
El flujo horizontal predomina cuando el estrato impermeable se encuentra muy cercanamente a los
drenes.
Cuando el impermeable se encuentra a gran profundidad (D>L/4) respecto a los drenes predomina el
flujo radial. Mientras que (D<L/4) se puede asumir que hay flujo radial y horizontal.

ECUACION DE DONNAN (PARA FLUJOS PERMANENTES)
Condiciones:
-
El flujo permanente es el horizontal.
-
El suelo es considerado homogéneo
-
El flujo hacia los drenes es permanente.
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La recarga es uniformemente distribuida.
4K (B 2 − D 2 )
Cd
L2 =
Donde:
L; espaciamiento entre drenes (mts)
K; conductividad hidráulica (m/dia)
B; D en metros
P

Cd recarga normativa (m/dia)





EJEMPLO:
Un área húmeda va ha ser drenada de modo tal que con una recarga de 5 mm/dia. LA napa freática no
se eleve de un nivel igual a 70 cms. bajo la superficie. El impermeable se encuentra a 6.2 de
profundidad. K=1.2m/dia. ¿Cual será el espaciamiento si se usa para el drenaje zanjas de 50 cms de
base y talud 1:1 o tubería de 10 cms. de diámetro φ interior el nivel de aguas de nivel troncales no
permite la excavación de zanjas de 1.40 mts. con tirantes de 20 cms. cuando se trata de drenes
entubados considere solo 1.20 mts. de profundidad.






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Aplicando la formula:
L2 =
4 x1.2(5.5 2 − 5.0 2 )
= 71mts.
0.005
Empleando drenes entubados: L=71 mts.
La formula de Donan se emplea para un buen tanteo da valores conservadores. La distancia entre
drenes no debe ser mayor que la que resulte aplicando Donan.
ECUACION DE HOOGHOUD: (Predomina Flujo Horizontal)
L2 =
L>>D,
8K 2 DH 4 K1 H 2
+
Cd
Cd
H>>D
Cuando D=0 => predomina 2° sumando
Cuando H=0 => predomina 1° sumando






Asumiendo D → ω, HOOGHOUDT establece que:
H=
CdL
L
Ln
ΠK
Πr
;
L = f(D,r)
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Existe flujo radial cuando:
HOOGHOUDT
De =
Espaciamiento entre drenes:
L2 =
Para D≤L/4:
De =
Para
;
L
8( Rh + Rr )
D
Estrato equivalente:
ΠL
1
.
8 Ln L
Πr
8 K 2 De H 4 K1 H 2
+
Cd
Cd
Rh =
( L − 1 .4 D ) 2
8 DL
Rr =
1
0.7 D
Ln
Π
r
∞
De =
L
8
( Ln( L / r ) − 1.15)
Π







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



 


  





 

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

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








El dren o colector principal debe descargar a por lo menos a 1.50 mts. sobre el m.s.n.m. (Descarga por
gravedad)








Un dren de campo debe descargar por lo menos a 10 cms. encima del máximo tirante de un dren
abierto.

 



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EXAMEN FINAL DOMICILIARIO
1) La zona del problema en época de riego dispone de agua desde el 1° de enero hasta el 31 mayo,
la precipitación anual es de 36 mm repartidas uniformemente a lo largo del año.
Los riegos son frecuentes y se aplican a razón de 15000 m3 por hectáreas al año, estimándose que la
eficiente de riego es de 50% y que las perdidas por escorrentía superficial son aproximadamente del
10% del total de agua que se dispone. Calcule Ud. recarga normativa para estas condiciones.
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