CNR-0165 - Biblioteca digital CEDOC

GOBIERNO DE CHILE
MINISTERIO DE AGRICULTURA
COMISION NACIONAL DE RIEGO
CORPORACIÓN DE FOMENTO DE LA PRODUCCIÓN
DRENAJE EN SUELOS AGRICOLAS
INSTITUTO DE INVESTIGACIONES AGROPECUARIAS
INIA - CARILLANCA
FEBRERO 2001
DRENAJE DE SUELOS AGRICOLAS
Leopoldo Ortega e
Ing. Agrónomo.
Instituto de Investigaciones Agropecuarias
Centro Regional de Investigación Remehue
1.
Luis Saga do S
Ing. Agrónomo Ph.D.
Facultad de Ingeniería Agrícola
Universidad de Concepción
INTRODUCCION
El mal drenaje de los suelos, tanto externo como interno, ha sido un aspecto al que
históricamente no se le ha dado la importancia merecida.
Por un lado, la actitud
normal de los agricultores ha sido evitar utilizar aquellos suelos con problemas de
drenaje, o usar cultivos de corto período de desarrollo que crezcan durante la
temporada en que el problema no es evidente. Asimismo, la acción estatal de fomento
a la investigación, transferencia tecnológica, y construcción de obras de drenaje es
aún escasa, y no guarda relación con la envergadura e importancia del problema.
Salgado (1991), indica que estudios de suelos realizados entre Santiago y asomo,
reportan una superficie de 800.000 ha con problemas de drenaje restringido, que
representan el 38% del total arable entre ambas ciudades.
Por su parte, Ortega
(1993), citando cifras elaboradas por INIA-Remehue, indica que en la X Región existen
554.675 ha con problemas de drenaje, que representan el 32,4% de la superficie total
con aptitud agropecuaria.
Ningún país puede darse el lujo de permitir que más de un 30% de su superficie
agropecuaria se encuentre limitada en su producción. El impacto en su economía es
de una magnitud tal que puede representar un verdadero freno a su desarrollo.
El objetivo del presente Boletín Técnico es proporcionar a agricultores, técnicos y
profesionales no especializados en esta temática, elementos de juicio y antecedentes
técnicos necesarios y suficientes que permitan realizar un acertado diagnóstico de un
problema de drenaje, recomendar algunas labores y obras tipo y elaborar un perfil de
proyecto de drenaje.
Cabe hacer presente que la mayoría de los estándares expuestos en el presente
documento, corresponden a valores promedio de obras ejecutadas en la X Región.
Por lo tanto, estos valores deben utilizarse con la prudencia del caso, y adecuarlos,
dependiendo de las características del terreno, tipo de maquinaria y condiciones de
trabajo.
Más aún, si se trata de condiciones muy particulares, o de proyectos en
otras regiones.
2.
DEFINICION DEL PROBLEMA.
El suelo está constituido por una fase sólida, líquida y gaseosa. Para que las semillas
germinen, las plantas crezcan, se desarrollen adecuadamente y produzcan altos
rendimientos, es necesario que en el suelo coexistan equilibradamente las tres fases:
la fase sólida, representada por las partículas de suelo; la fase líquida, representada
por el agua; y la fase gaseosa, representada por el aire.
Como se indica en la Figura 1, bajo condiciones de mal drenaje o de exceso de agua,
el aire presente en el suelo es removido y el espacio libre es ocupado por el agua. En
tales circunstancias, las plantas son afectadas en sus procesos esenciales, debido a
que el oxígeno es indispensable para la respiración de las raíces.
Figura 1.
o
_I1IWo~
El drenaje es una tecnología que tiene como objetivo fundamental, disminuir el exceso
de agua acumulada, tanto en la superficie como en el interior del suelo, con el fin de
mantener las condiciones óptimas de aireación y actividad biológica indispensables
2
para los procesos fisiológicos de crecimiento y desarrollo radicular, como se muestra
en la Figura 2.
Figura 2.
TUBERIA DE DRENAJE
Diferencia de crecimiento radicular y vigor de la planta bajo
condiciones de mal y buen drenaje
3.
CLA51FICACION DEL PROBLEMA DE DRENAJE.
Según la localización de los excesos de agua, el problema de drenaje se clasifica en
subsuperficial y superficial.
En el caso del drenaje subsuperficial, el problema se produce por un exceso de agua
en el interior del suelo, debido a la presencia de una napa freática, permanente o
fluctuante, a una profundidad tal que restringe el desarrollo radicular. Se llama "napa
freática", a la superficie de agua presente en el suelo, la cual marca el límite entre el
suelo saturado y el suelo no saturado. Generalmente, la napa freática se ubica sobre
una estrata impermeable, la cual impide el movimiento vertical del agua, produciendo la
condición de suelo saturado. En la Figura 3 se presenta un diagrama generalizado de
un sistema de drenaje subsuperficial.
(R) Recarga
/ 1/1
3
Figura 3. Diagrama generalizado del drenaje subsuperficial.
En cambio, por drenaje superficial se entiende la remoción de los excesos de agua
acumulados sobre la superficie del terreno, a causa de lluvias muy intensas y
frecuentes, topografía muy plana e irregular y suelos poco permeables (Rojas, 1984).
La necesidad del drenaje superficial se justifica en
zona~
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 superficial del sur de Chile, y en
particular en la X Región, son los conocidos comúnmente como "ñadis", "hualves" y
"vegas".
En la Figura 4 se presenta un modelo hidrológico del drenaje superficial.
4
EVAPOTRANSPIRACION
t
Figura 4. Modelo hidrológico simplificado 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 yescorrentía.
Conociendo el comportamiento de la precipitación, la variación de la evaporación e
infiltración y el efecto regulador del sistema suelo-cobertura, puede determinarse la
escorrentía, la cual constituye la información básica para el cálculo de la red de drenaje.
3.1
Componentes de un sistema de drenaje subsuperficial.
Un sistema de drenes subsuperficiales tiene como objetivo fundamental el control de
la profundidad de la napa freática, de forma tal que el balance de aguas y sales
dentro de la zona radicular sea el óptimo para los requerimientos del cultivo en una
condición de suelos y clima específico.
Para
lograr este
objetivo,
un
sistema
de
drenes
subsuperficiales
consta
fundamentalmente de tres tipos de drenes: laterales, colectores y dren principal. Los
5
drenes laterales generalmente se disponen paralelos unos a otros y tienen como
misión principal el control de la profundidad de la napa.
Los drenes colectores,
aunque eventualmente también drenan el terreno adyacente, su misión fundamental
es transportar el agua extraída por los laterales hasta el dren principal donde se
produce la descarga del sistema. El dren principal, que puede ser artificial o natural
(río, estero, otro.), es el que en definitiva recoge los excedentes provenientes de
varios sistemas.
La relación entre laterales y colectores puede ser simple o compuesta. Se entiende
por una red simple cuando laterales de tubo descargan en colectores zanja.
Se
entiende por una red compuesta cuando laterales de tubo o zanja descargan en
colectores de tubo o zanja, respectivamente.
La primera forma de diseño (tubo-
zanja) es utilizada frecuentemente por las ventajas que tiene para el mantenimiento
de la red.
3.2
Componentes del sistema de drenaje superficial.
Un sistema de drenaje superficial tiene dos componentes: el primero es la red colectora
y el segundo consiste en diversas prácticas de acondicionamiento superficial del
terreno, con tal de facilitar el flujo del exceso de agua hacia los colectores.
El primer componente, la red colectora, consistente en zanjas y tuberías, ha sido el más
estudiado hasta ahora y en la actualidad existen métodos suficientemente aceptables
para realizar el diseño, cálculo y cubicación respectiva.
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. Para este mismo fin, también pueden utilizarse los drenes topo, que cumplen el
objetivo de recolectar y conducir el agua de saturación hacia los colectores.
6
4.
CONSECUENCIAS DEL MAL DRENAJE.
Usualmente, se considera que el principal efecto del mal drenaje es el daño a la
productividad agrícola. No obstante, existen otras consecuencias, directas o indirectas,
las cuales se presentan en las Figuras 5 y 6, donde se muestran los efectos del mal
drenaje por acumulación superficial y en el interior del suelo, respectivamente.
ACUMULACION DE AGUA
SOBRE EL NIVEL DEL SUELO
~
PERDIDA DE
TRABAJABILlDAD Y
CAPACIDAD DE
SOPORTE
~
~
..........
~
1
PROBLEMAS DE
MECANIZACION
~
...
~
PROBLEMAS
SANITARIOS
~
DAÑOS A
INFRAESTRUCTURA
...
DISMINUCION DE
RENDIMIENTOS
I
"
PERDIDAS
ECONOMICAS
Figura 5. Efectos de la acumulación superficial de agua en el suelo
7
PERDIDAS ECONOMICAS
Figura 6.
Efectos del mal drenaje en el interior del suelo
En el Cuadro 1 se presenta una comparación del efecto entre suelo bien drenado y mal
drenado a diversos factores del suelo.
8
Cuadro 1.
Consecuencias del mal drenaje
FACTOR
SUELO BIEN DRENADO
SUELO MAL DRENADO
Aireación del Suelo
Temperatura del suelo
Disponibilidad de
nutrientes
Trabajabilidad y
capacidad de soporte
del suelo
Mecanización
15 - 20 % oxígeno
Normal
Normal
Menos de 5% de oxíoeno
1 a 5 o más baja
Escasa a nula
Soporta peso sin destrucción
de su estructura, ni
compactación
Preparación de suelos óptima
en calidad y oportunidad
Normales
Se destruye estructura del suelo
y éste se compacta fácilmente
Problemas Sanitarios
Daños a Infraestructura Mejor mantención
e
Deficiente preparación de suelo
y con retraso.
Se acentúan problemas en
plantas, animales V humanos.
Mayor daño y menor vida útil
(Ej.: caminos)
5. RECONOCIMIENTO Y DIAGNOSTICO DE PROBLEMAS DE DRENAJE.
La experiencia indica que los distintos problemas de drenaje poseen características
propias, que los hacen únicos. Es decir, ningún proyecto es idéntico a otro, razón por
la cual es imprescindible un reconocimiento y un diagnóstico de cada situación.
5.1. Reconocimiento.
El reconocimiento de problemas de drenaje tiene como objetivo evaluar las condiciones
generales del área determinando sus problemas existentes o potenciales. Consiste en
una inspección del área desde puntos fácilmente accesibles, en la época cuando se
manifiestan marcadamente los problemas de drenaje. Esta visita debe completarse
con las opiniones e impresiones de las personas que habitan el lugar.
En el
reconocimiento existen dos etapas:
recopilación
de antecedentes y
reconocimiento de campo.
5.1.1. Recopilación de Antecedentes.
9
Debe reunirse toda la información existente sobre el sitio en cuestión, como por
ejemplo, fotografías aéreas, mapas, estudios anteriores, informes, publicaciones y
opiniones de personas conocedoras del tema y del área.
5.1.2. Reconocimiento de Campo.
En esta etapa es imprescindible la participación de los agricultores, con los cuales se
debe hacer conjuntamente el recorrido de terreno.
En este recorrido de campo se recomienda obtener la siguiente información:
•
Observación de síntomas de mal drenaje, ya sea en plantas, suelo y lo
animales.
•
Delimitación de áreas de saturación e inundación.
•
Delimitación de áreas de aporte de agua por escorrentía, que pueden ser
laderas adyacentes o predios ubicados aguas arriba.
•
Evaluación de las descargas de las aguas, pudiendo ser cauces naturales o
zonas más bajas (quebradas).
Es importante inspeccionar lo relacionado a capacidad, estado de mantención,
ubicación y desnivel disponible para la descarga de las aguas.
•
Identificación de Iimitantes del suelo.
Las características de textura, estructura y estratificación, son determinantes en la
formación de problemas de mal drenaje.
•
Identificación de limitaciones de topografía.
5.2. Diagnóstico.
Posterior al reconocimiento, se realiza un diagnóstico del problema, el cual debe
entregar la siguiente información:
10
•
Identificación de las causas del problema.
•
Identificación de las fuentes de exceso de agua.
•
Proposición de posibles soluciones del problema, con sus costos y
beneficios estimativos.
•
Recomendación de estudios específicos para un proyecto posterior más
detallado, ya sea de factibilidad o de diseño (topografía, agrología, hidrología,
otros)
6.
CAUSAS DEL PROBLEMA
El exceso de agua sobre el suelo o en el interior del mismo, puede ser ocasionado
principalmente por la conjunción de uno o más de los siguientes factores:
precipitaciones, inundaciones, riegos, suelo, topografía y filtraciones.
Precipitaciones.
La acción de la precipitación se manifiesta fundamentalmente en las zona húmedas.
En estas zonas, la precipitación excede a la evaporación y, en consecuencia, hay
períodos de exceso de humedad, durante los cuales el suelo se encuentra saturado, y
al ocurrir nuevas lluvias, el agua no puede ser absorbida, aumentando el escurrimiento
y produciendo acumulación en los terrenos ubicados en posición más baja.
Inundaciones.
Las inundaciones son una causa frecuente de problemas de drenaje, particularmente
en los terrenos adyacentes a los ríos y esteros. Lluvias de alta intensidad en la parte
alta de las hoyas hidrográficas, crean un aumento considerable del caudal de los ríos,
11
los cuales al no ser contenidos en el cauce normal, se desbordan provocando
problemas de drenaje a lo largo del plano de inundación ("vegas").
La alta precipitación en sí misma, sin embargo, no es la única causante.
El mal
mantenimiento del cauce de los ríos y esteros, puede ser en muchas ocasiones el
factor determinante en su desbordamiento.
Riegos.
El uso de prácticas inapropiadas tales como: riego tendido, riego nocturno, tiempos
excesivos y volúmenes incontrolables, provocan pérdidas excesivas por escurrimiento
superficial y por percolación profunda. El primero se acumula en las depresiones del
terreno, y el segundo contribuye a una rápida elevación de la napa freática.
Suelos.
Las características de textura, estructura y de estratificación, son determinantes en la
formación de problemas de mal drenaje. Los casos más importantes al respecto son
los siguientes:
a)
Suelos de texturas finas (arcillosas), y de estructura masiva en la estrata
superficial, tienen una baja velocidad de infiltración.
b)
Ocurrencia de depósitos de limo en la superficie de los suelos, formando costras
que impiden la infiltración.
c)
Suelos estratificados, particularmente aquellos que se encuentran en planos
depositacionales de ríos ("vegas") o de cenizas volcánicas, presentan estratos
que se comportan como impermeables e impiden el movimiento vertical del agua.
Topografía.
Se distinguen tres casos característicos, en que la topografía es causante del problema
de drenaje.
12
a)
Topografías muy planas « 0,5%), que impiden el libre escurrimiento de las aguas
y con frecuencia causan acumulación superficial. Este efecto se agrava con la
existencia de microrelieve con pequeñas o medianas depresiones.
b)
Suelos de lomaje, de topografía ondulada, tienen un alto escurrimiento superficial
y los excesos se acumulan en las depresiones. Si éstas no poseen una adecuada
salida natural, se presentan severos problemas localizados.
c)
Microrelieve con depresiones pequeñas y medianas, que dificultan el movimiento
superficial del agua.
Filtraciones.
La red extra e intrapredial de canales de riego, construidos casi en su totalidad
directamente en tierra, presentan filtraciones laterales de mayor o menor grado, que
van a abastecer la napa freática, o afloran a la superficie en sectores de posición más
baja.
7.
TIPOS DE PROBLEMAS Y TÉCNICAS DE DRENAJE: CASO DEL SUR
DE CHILE.
En la zona sur de Chile,
los problemas de drenaje superficial se deben
fundamentalmente a limitaciones de suelo, topografía y/o la existencia de un período
invernal de lluvias frecuentes y de gran magnitud.
Los problemas de drenaje detectados más importantes corresponden a los suelos
ñadis (suelos trumaos planos, delgados y con estrata impermeable continua),
13
problemas de acumulación de agua en depresiones localizadas o sectores "hualves" e
inundación de terrazas fluviales o "vegas" con problemas de napa freática alta.
En este boletín técnico, nos referiremos a aquellas obras definidas para cada tipo de
problema:
Suelos Ñadis
Sistema zanja colectora con drenes topo.
Limpieza y ampliación de cauces.
Sectores "Hualves"
Zanjas, drenes en V, o drenes de tubería enterrada,
en combinación con algunas estructuras.
Sectores "Vegas"
Oren interceptor.
Sistema zanja - dren topo.
Diques o muros de contención de inundaciones.
Napa Freática
Zanjas.
Tuberías de drenaje.
8.
ZANJAS COLECTORAS
Las zanjas corresponden a colectores trazadas en el terreno conformando una red
de drenaje.
Para el diseño y construcción de esta red de zanjas es importante
considerar lo siguiente:
a) Trazado de la red de zanjas colectoras.
b) Dimensionamiento de la zanja.
e) Construcción de zanjas.
14
8.1
Trazado de la red de zanjas colectoras
Consiste en el diseño y determinación de la dirección del flujo de la red de colectores.
Para este propósito es recomendable contar con material cartográfico (mapas,
planos, croquis, otros); siendo lo óptimo un levantamiento topográfico del terreno a
drenar. Para realizar este trazado, deben considerarse los siguientes aspectos:
a) Topografía:
Las zanjas deben ubicarse en sentido de la pendiente del terreno,
en la medida que el apotreramiento, la forma de los potreros y el trazado
seleccionado lo permita.
b) Apotreramiento y deslindes:
Dentro de lo posible, las zanjas deben quedar
ubicadas contiguas a los cercos principales.
c) Secciones de facilidad constructiva: Las dimensiones resultantes deben ser de
un tamaño tal, que permita optimizar el rendimiento de la construcción, ya sea
manual o mecanizado.
d) Evitar erosión_: Evitar conducir caudales muy altos o en pendientes excesivas,
que produzcan velocidades erosivas
e) Punto de descarga:
Deben ser de fácil acceso, y en lo posible, distribuir el
caudal en varios puntos de descarga.
8.2
Dimensionamiento de la zanja
Los parámetros de dimensionamiento de una zanja de sección trapezoidal, se indican
en la Figura 7.
15
8
~'-----------!>I
j'
H
Z
FIGURA 7.
Parámetros de una zanja
/
Para calcular estas dimensiones se utilizan las siguientes ecuaciones:
Q
A
V
P
H
B
=
=
=
=
=
=
A * V
b * d + Z * d2
(1 In) * (A I
P)2/3
* S 0 1/2
b + 2 * d * (1 + Z2)
Fórmula de Manning
1/2
d + r
b+2*Z * H
Donde:
Q
A
V
b
d
Z
n
P
So
H
r
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
Caudal de drenaje (m 3/s)
Area transversal de conducción (m 2)
Velocidad del flujo (mIs)
Base (m)
Tirante hidráulico (m)
Talud de la pared (adim).
Coeficiente de rugosidad de Manning (adim).
Perímetro mojado (m).
Pendiente de la rasante (m/m).
Profundidad de la zanja (m).
Revancha o altura libre (m).
16
B
=
Ancho superior de la zanja (m).
Para calcular las dimensiones de la zanja, la fórmula de Manning la expresamos de
la siguiente forma:
Q
=
AxV
Q
=
A x (1/n) x
=
A S/3
(Q x n) / S 0 1/2
/
(AlP)2/3
x S 0 1/2
p 2/3
((Q x n) / S 0 1/2)
3
=
AS / p 2
((Q x n) / S 0 1/2)
3
=
(b x d + Z x d2)
S /
(b + 2 x d x (1 + Z2)
1/2) 2
Al realizar el cálculo, son conocidos los siguientes valores:
Q
Calculado de acuerdo a un estudio hidrológico y de precipitaciones.
n
Se obtiene del Cuadro 2.
So
Se obtiene en el plano topográfico, o se asume.
Z
Se obtiene del Cuadro 3.
Para calcular d y b, debe asumirse un valor para alguno de estos parámetros, y
calcular el otro iterando en la ecuación. También existen tablas para obtener estos
valores,
para valores de Q,
n,
So y Z dados,
o es
posible calcularlos
computacional mente.
Cuadro 2.
Valores de coeficiente de rugosidad n
Condición del Oren
Valor de n
Muy limpio
0,022 - 0,030
Limpio
0,029 - 0,050
Con poca vegetación
Con moderada vegetación
0,040 - 0,067
0,050 - 0,100
0,067 - 0,200
Con exceso de vegetación
Fuente:
Grassl, Carlos J. 1991. "Drenaje de Tierras Agncolas"
17
Cuadro 3.
Talud Z (1 : Z) en drenes abiertos
Z
Material de excavación
Roca firme
Hard-pan duro. Roca con fisuras
Grava cementada. Arcilla y Hard-pan ordinario
Arcilla con grava. Suelos francos
Limo arcilloso
Suelos francos con grava
Suelos franco-arenosos
Suelos muy arenosos
Fuente:
0,25
0,5
0,75
1
1
1,5
2
3
Ven Te Chow. 1959. "Open Channel Hydraulics"
Desde el punto de vista constructivo, es muy importante respetar los taludes de
diseño, para evitar derrumbes como el que se muestra en la Fotografía 1.
Fotografía 1.
Derrumbe de la pared de una zanja por falta de talud.
En relación al valor de la pendiente de la zanja, se recomienda un valor mínimo de
0,10/0, para evitar sedimentación y secciones demasiado grandes.
Por otro lado,
deben evitarse pendientes excesivas, que generen velocidades muy altas que
ocasionen erosión y socavación del dren, por lo cual, existen valores de velocidad
máxima no erosiva según el tipo de material del dren, presentados en el Cuadro 4.
Cuadro 4.
Velocidad (mIs) máxima no erosiva en drenes abiertos
Material Excavado
Velocidad Máxima No erosiva (mis)
Aguas I Agua con limo I Agua con arena
claras
coloidal
o Qravas
18
Arena fina no coloidal
Material franco arenoso no coloidal
Material franco limoso no coloidal
Limos aluviales no coloidales
Material franco arenoso firme
Cenizas Volcánicas
Grava fina
Arcilla firme coloidal
Material franco o cascajoso bien
proporcionado
Limos aluviales coloidales
Material limoso o cascajoso bien
proporcionado
Cascajo qrueso
Piedras redondeadas
Esquistos arcillosos y arcilla compacta
Fuente:
0,45
0,50
0,60
0,60
0,75
0,75
0,75
1,15
1,15
0,75
0,75
0,90
1,10
1,10
1,10
1,50
1,50
1,50
0,45
0,60
0,69
0,60
0,70
0,60
1,15
0,90
1,50
1,15
1,20
1,50
1,70
0,90
1,50
1,20
1,50
1,80
1,80
1,70
1,80
1,95
1,95
1,50
Fortler and Scobey. 1926. Trans. ASeE Vol 89 pago 940
En relación al valor de la base (b), existe un valor mínimo de acuerdo a la modalidad
de construcción. En caso de construcción manual, el valor mínimo será aquel que
pueda realizarse de acuerdo a la facilidad de operación de la mano de obra, valor
que generalmente se asume igual a 0,5 m. En caso de construcción mecanizada,
este valor mínimo de zanja corresponde al ancho de la cuchara de la excavadora.
En el caso de suelos ñadis, el valor de la altura libre (r), corresponde a la profundidad
de los drenes topo, se recomienda sea igual a 0,5 m.
Ejemplo de cálculo de las dimensiones de una zanja colectora.
Se requiere calcular las dimensiones de una zanja de drenaje, considerando los
siguientes antecedentes:
Caudal (Q)
=
2501/s=
Pendiente del suelo
=
0,2%
Suelo de textura franca.
Construcción manual.
Solución:
19
Seleccionamos n = 0,04 para dren limpio, según el Cuadro 2.
Como pendiente del dren asumimos la misma del terreno.
Seleccionamos Z = 1, por suelo franco, según el Cuadro 3.
Asumimos b = 0,5 m, por construcción manual.
Aplicamos estos valores en la fórmula:
=
(b x d + Z x d2)5
(b + 2 x d x (1 + Z2)1/2)2
obtenemos:
((0,25 x 0,04) 1(0,002)112)3 =
(0,5 x d + 1 x d2)5
(0,5 + 2
=
0,01118
x d x (1
+ 12)1/2)2
(0,5 x d + d2)5
(0,5 + 2 x d
X
2 1/2 )2
Para calcular el parámetro d, se van probando sucesivamente diferentes valores,
hasta obtener el valor más cercano a 0,01118, lo que en este caso se consigue con
d= 0,53, lo cual se comprueba a continuación:
(0.5 x 0,53 + (0.53)2)5
(0,5 + 2 x (0,53)
X
2 1/2 )2
=
0,048480319
=
0,01213
3,996266376
Al calcular la velocidad obtenemos 0,47 mIs, que es menor a la velocidad máxima no
erosiva, (Cuadro 4).
La profundidad total H = d + r = 0,53 + 0,5 = 1,03 m.
El ancho superior B, entonces es igual a B = 0,5 + 2 x 1 x 1,03 = 2,56 m.
20
8.3
Etapas de construcción de zanjas
Las etapas que existen en la construcción de zanjas son:
• Roce, despeje y limpieza de faja.
• Excavación de la zanja.
• Retiro del material
• Cercado de zanjas.
8.3.1 Roce, Despeje y Limpieza de Faja
Consiste en la eliminación de todos los árboles y matorrales sobre el área a ocupar,
en el ancho del dren, más las bermas correspondientes.
En el Cuadro 5 se
presentan los estándares y características de esta etapa.
Cuadro 5.
Estándares de roce, limpieza y despeje de faja.
Etapa
Procedimiento Actividad
Rendimiento
Roce y
Despeje
Mano de Obra
no calificada
con rozones y
horquetas.
100 m/jornada para faja
de 3 m de ancho
Traslado a Camión tolva.
botadero
Corte de vegetación.
Acumular material en hileras o
montones.
CarQar material en camión.
Traslado de material a botadero 100 m/hr con distancia
a botadero de 1 km.
8.3.2 Excavación de la zanja
Esta labor puede realizarse ya sea manualmente o con maquinaria.
En el caso de construcción manual, los estándares son los siguientes:
Rendimiento excavación en suelo
21
Rendimiento excavación en ripio
=
2 m3/Jornada
Vida útil pala en excavación
=
0,1 km/pala
Vida útil picota en excavación
=
0,5 km/picota
En el caso de construcción mecanizada, se utilizan excavadoras y mano de obra. La
excavadora cumplirá la labor de excavación propiamente tal, en tanto que la mano de
obra se utilizará para el repase o terminación del sello y los taludes de las zanjas. En
el Cuadro 6 se presentan los estándares y características de esta etapa, para
excavación mecanizada.
Cuadro 6.
Estándares de excavación mecanizada de zanjas
Etapa
Procedimiento
Rendimiento
Excavación
Excavadora Oruga Modelo 200.
133 HP potencia nominal.
Balde 1200 mm ancho y 0,93 m3
capacidad.
Mano de obra no calificada con
palas rectas.
Terreno blando
Terreno semi-blando
Terreno duro
Terminación
de la sección
=50-70 m /hr.
=40-60 m /hr
=30-40 m /hr
3
3
3
El movimiento de tierra es
aproximadamente igual al 2,5% del
material excavado.
Rendimiento aproximado de 5
m3/jornada.
Estos valores dependen del tipo de excavadora, de las condiciones de trabajo y de la
destreza del operador.
En la Fotografía 2 se muestra la construcción de una zanja de drenaje utilizando
retroexcavadora.
22
Fotografía 2.Construcción de zanja con retroexcavadora.
8.3.3 Retiro del material
Es recomendable que la excavación de las zanjas, ya sea mecanizada o manual,
considere la separación del suelo y del material que exista bajo éste, ya sea ripio o
arcilla.
El suelo excavado puede
ser aprovechado para rellenar sectores de pequeñas
depresiones al interior de los potreros, o simplemente, ser desparramado en éstos.
En el caso de que bajo suelo exista ripio, éste constituye un excelente material para
construcción de caminos (el cual puede ser construido inmediatamente al lado de la
zanja) o ser utilizado para el relleno de caminos y callejones existentes en el predio.
En el caso de las estratas de arcilla, este material no constituye ningún beneficio, y
por lo tanto, debe eliminarse trasladándose a un lugar de botadero.
23
Lo ideal y recomendable es realizar la faena de excavación y traslado del material en
forma simultánea. En el Cuadro 7 se indican algunos estándares para el retiro del
material.
Cuadro 7.
Estándares de retiro del material excavado
Modalidad
Rendimiento
Manual, con pala y carretilla con
retiro a 100 m de distancia
Rend. traslado tierra excavada = 6,75 m3/jornada
Rend. traslado ripio excavado = 3 m3/jornada
Mecanizada, con camión tolva y
descarga a 1 km de distancia
Rend. traslado tierra excavada = 38 m3/hr.
Rend. traslado ripio excavado = 32 m3/hr.
Para las cubicaciones finales, debe considerarse el esponjamiento del material al ser
excavado, que corresponde a 30% para el ripio y un 50% para el suelo.
8.3.4 Cercado de zanjas.
Para facilitar las labores de mantención, en toda la extensión de la red de drenes
colectores se deben instalar cercos a ambos lados de la zanja, a una distancia de 3,5
m desde el borde del dreno
El cerco se construye utilizando estacones de pellín de 2,2 a 2,5 m de longitud, y de
4 a 5 pulgadas de diámetro. Se instalan espaciados cada 3,5 m, con 4 corridas de
alambre de púa clavado con grampas de 1 %". Los estacones se pintan totalmente
con una mano de aceite quemado, y en su extremo superior se pintan 25 cm con dos
manos de óleo blanco.
Para todo el proceso de construcción de los cercos, desde el pintado de los
estacones, hincado en el terreno, colocación y tensión de los alambres, se utiliza
mano de obra semi-calificada, estimándose un requerimiento de 100 jornadas para la
24
construcción de 1 km de cerco doble de estas características (5 jornadas/100 m
cerco simple).
9.
DRENES DE TUBERíA.
Como se indica en la Figura 8, estos drenes consisten en una tubería de drenaje
enterrada en una zanja y revestida por un material filtrante.
Figura 8.
Sección tn ",,,
"'
"" "". "'., ""
"v••
.envolvente de áridos
En remplazo de la combinación tubería-envolvente, se usar puede piedra (balones o
grava), ladrillos (liso o perforado) o materiales de origen vegetal (troncos, coligües,
otros). Estas alternativas no tienen un comportamiento tan eficiente como la tubería
de drenaje y envolvente, pero permite reducir considerablemente los costos.
Las principales ventajas de los drenes de tubería, son que no rompen la continuidad
de los potreros y sus bajos requerimientos de mantención, haciéndose los más
recomendables. Sin embargo, la principal desventaja es su alto costo.
9.1
Materiales de tuberías.
Las tuberías de drenaje se encuentran disponibles en diversos materiales, como
plástico (corrugado o liso), arcilla y hormigón.
25
La mayor ventaja de las tuberías plásticas frente a las tuberías de hormigón y arcilla
dice relación con su menor peso por unidad de largo y facilidad de manejo. Esto
tiene un impacto importante sobre los costos de transporte e instalación.
Las tuberías de plástico de PVC o PV son las más frecuentemente utilizadas en la
actualidad, en sus versiones lisa y corrugada. Por lo general el PVC liso viene en
tuberías de 6 m, ranuradas o perforadas para que penetre el agua.
El PVC
corrugado trae perforaciones incorporadas y se fabrica en rollos de 50 y 100 metros
de longitud.
Actualmente, para drenaje agrícola prácticamente sólo se utiliza tubería de plástico
corrugada, debido a su menor costo y sus facilidades de transporte e instalación por
su formato de fabricación en rollos.
Estas tuberías se fabrican en diferentes diámetros (50, 65, 100, 160 Y 200 mm), la
profundidad de la corrugación varía entre 2,5 a 5,5 mm, el ancho de la corrugación
entre 3 a 8 mm y el ancho de la depresión de la corrugación o "valle" fluctúa entre 2,5
a 5 mm. Las perforaciones son de 1,2 a 1,8 mm de ancho y de 3 a 5 mm de largo.
En dichas tuberías, el agua penetra a través de las perforaciones que se encuentran
en los valles de la corrugación, siendo más importante la distribución de las
perforaciones de la tubería que la cantidad total de éstas.
9.2
Diámetro de tuberías.
Para determinar el diámetro de la tubería se utiliza la fórmula de Manning,
asumiendo que el flujo es a tubería llena pero sin presión. La ecuación resultante es:
d
=
[Q / ( So
1/2
(
0,3117 / n)) ]
3/8
Donde:
d
=
diámetro interior de la tubería (m)
Q
=
Caudal de drenaje (m 3/s)
26
n
=
Coeficiente de rugosidad de Manning (adm).
So
=
Pendiente de la rasante (m/m).
El valor del coeficiente de rugosidad de Manning (n) es generalmente un dato
entregado por el propio fabricante, como especificación técnica del producto, en el
respectivo catálogo. Si no se dispone de tal información pueden asumirse los valores
del Cuadro 8.
Cuadro 8. Coeficiente de rugosidad de Manning según tipo de tubería.
Tubería
Coeficiente n
Arcilla
0,013
Concreto
0,013
PVC liso
0,015
PVC corrugado
0,016
Fuente: Salgado, 2000.
En la Fórmula de Manning, se considera que la pendiente es la mínima dada a la
tubería para neutralizar la resistencia natural que ésta opone al flujo. Las pendientes
más usadas fluctúan entre el 1 y el 5 por mil. La FAO (1985) sugiere una pendiente
mínima del 0.5 por mil. El Bureau of Reclamation de Estados Unidos recomienda un
mínimo de 1 por mil para evitar sedimentación.
9.3
Envolventes.
27
Se entiende por envolvente al material colocado alrededor de las tuberías de drenaje
con el propósito de cumplir una función filtrante, hidráulica o de asentamiento del
dreno
La función filtrante dice relación con prevenir o disminuir el ingreso de partículas al
interior de la tubería donde pueden sedimentar y eventualmente taparla.
La función hidráulica se refiere a crear un medio de alta permeabilidad alrededor de
la tubería para reducir la resistencia de entrada.
La función de asentamiento significa proveer un buen soporte a la tubería para
prevenir daño por efecto del peso del suelo.
Las primeras dos funciones proveen una protección contra dos principales
consecuencias de una tubería mal alineada: obstrucción y alta resistencia al flujo.
Existe una gran cantidad de materiales que pueden utilizarse como envolventes que
van desde materiales minerales y orgánicos a materiales sintéticos y fibras
minerales. Una breve revisión de ellos se presenta a continuación:
Gravas
Las gravas, maicillo y chancado muy fino pueden ser excelentes materiales
envolventes de tipo "voluminoso", especialmente cuando se quiere tener un material
que cumpla tanto una función filtrante como hidráulica.
Materiales orgánicos
Existe una gran variedad de materiales orgánicos tales como fibras (coco), turba y
pajas (trigo, arroz, otros) y subproductos del procesamiento de la madera (aserrín y
viruta) que pueden ser utilizados como envolventes. Por lo general tienen un buen
comportamiento (Salgado y Parra, 1994), pero en el largo plazo pueden fracasar
debido a la descomposición sufrida por efecto de la acción de los microorganismos.
28
Materiales sintéticos
Los materiales sintéticos pueden encontrarse a la forma granular (poliestireno) o
fibrosa (nylon, poliester, polietileno o polipropileno). Estos últimos se conocen con el
nombre genérico de geotextiles y pueden ser tejidos o no tejidos.
9.4
Instalación de drenes de tubería.
Este es uno de los aspectos más críticos que puede estar influyendo en el buen
comportamiento de las tuberías de drenaje instaladas en el país. Si no existe una
depurada técnica de instalación, todo el esfuerzo entregado en la determinación de
los parámetros y criterios de diseño puede verse malogrado en la fase final.
En países donde la técnica del drenaje es rutinaria y masiva, existen máquinas
altamente especializadas para la construcción e instalación simultánea. En nuestro
país, lo usual es primero la construcción de la zanja y luego la instalación de los
drenes.
La excavación de la zanja puede ser manual o mecanizada. La excavación manual
tiene la ventaja de ser un trabajo de terminación más fino y delicado, pero cada vez
más en desuso, en atención al aumento del costo de la mano de obra y la baja
velocidad de avance. La excavación mecanizada implica el uso de retroexcavadoras
que suelen ser de alto rendimiento, pero con baja calidad de terminación. Por lo
tanto, es recomendable un trabajo combinado de empleo de maquinaria (para
aumentar el rendimiento de la labor) y manual (para mejorar la terminación de la
labor), como se muestra en la Fotografía 3.
29
Fotografía 3.
Instalación manual de tubería drenaje y envolvente de
bolones.
En relación a la instalación de la tubería, es conveniente poner especial cuidado en
los siguientes aspectos: a) alineamiento (Figura 9A), b) uniformidad en la pendiente
(Figura 98) y c) distancia homogénea entre tubos cuando se trata de tuberías de
cemento o arcilla (Figura 9C).
30
(A)
D
0
~
a~
~--- ----____
--------
--- ----a2
--¡
--..
D
al < 1/2D and a2 < 1/2D
(B y
Espaciamientos irregulares
-------1~
-1
IDD~
(C)
Figura 9.
Problemas frecuentes producidos en la instalación de drenes: A)
Alineación; B) desuniformidad de la pendiente y e) espaciamiento
entre tubos.
9.5
Estructuras auxiliares.
Toda red de drenaje bien concebida, en especial aquella que considera drenes de
tubería, requiere de una serie de estructuras especiales que permitan conectar,
proteger, inspeccionar y mantener adecuadamente la red. A continuación se hace
31
descripción
de
algunas
estructuras,
indicando
sus
principales
racterísticas constructivas.
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Comisión Nacional
de
RiU.1 Estructuras de salida
En el lugar donde las tuberías descargan en un colector de zanja, las paredes de
ésta se encuentran afectas a un proceso de erosión debido al caudal de salida. En
caso de tuberías de gran tamaño y que transportan un gran caudal, se recomienda
construir una estructura de albañilería como las indicadas en la Figura 10.
_ -;¡o-- -
. _.
o
o
9
salida en albañilería.
Una estructura particularmente útil a la salida de taludes y colectores de tubo es la
instalación de mallas o rejas que impidan el ingreso de roedores o aves pequeñas
(Figura 11). Esto evitará que dichos animales, una vez en el interior de la tubería, se
atasquen, no puedan salir, y en definitiva causen una obstrucción total.
32
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de Riego
Figura 11. Estructuras de protección a la salida de tuberías.
9.5.2 Estructuras de conexión
Para conectar dos o más tuberías de distinto diámetro en una red de drenaje, se
recomienda la construcción de estructuras de conexión entre ellas.
Si las tuberías son de cemento o arcilla, se sugiere que en las partes de unión o
conexión se construyan cámaras de albañilería (Figura 12).
En este caso las
tuberías se encuentran por encima del fondo de la cámara, produciendo un colchón
de agua que junto con disipar la energía permite la acumulación de sedimentos y su
posterior eliminación.
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Lateral
colector
.
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.. .. .. . . . . .. . - . . . . .. .. .. .. .. .. .
.. .. . ... . ... . ... .. ... . .... . ... .. .. .. .. .. ... . .. .. .. . .... . ... . .. . .... . ... . .. . .. . ... . ...
-..
..
.
..
.
..
. ..
..
Figura 12. Estructuras de conexión e inspección.
En relación a tuberías de plástico (liso o corrugado) los fabricantes ofrecen los más
variados tipos de conexiones que evitan la construcción de cámaras en cada punto
de unión.
En todo caso, la construcción de una cámara puede ser de gran
importancia porque facilita la inspección y mantenimiento.
9.5.3 Cámaras de inspección
Uno de los problemas más importantes presentados en redes de drenaje construidas
íntegramente en tuberías, es la mantención. Esto obliga, por lo tanto, a disponer de
cámaras de inspección en puntos críticos a lo largo de la red donde sea posible
controlar su funcionamiento y realizar eventuales procedimientos de limpieza. Una
estructura como la indicada en la Figura 12 puede cumplir ambas funciones, esto es,
como estructura de conexión e inspección.
Una cámara de inspección, como su nombre lo indica, debe permitir ingresar hasta la
tubería para controlar su funcionamiento, como también, estar abiertas al exterior.
34
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.......
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.......
....
.......
....... ..... almente se construyen en albañilería y su tapa superior puede ser de madera u
•rmigón armado (Fotografía 4).
'o'
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de Riego
Fotografía 4.
Cámara de inspección en albañilería.
Algunos criterios de distribución o ubicación de las cámaras en terreno pueden ser:
a) en todo lateral que excede 200 m de largo; b) en todo punto de unión entre un
lateral y colector de tubos; c) cuando los sedimentos en suspensión y/o arrastre sean
muy altos; d) donde se produzca un cambio de diámetro en la tubería y e) donde se
diseñan saltillos.
Las cámaras de inspección y conexión pueden construirse en albañilería, de sección
cuadrada o rectangular. Las dimensiones máximas pueden ser entre 0.8 -1.0 m por
lado. También se utilizan tuberías de cemento vibrado en un diámetro entre 0.8 y 1.0
m.
9.5.4 Cámaras de filtración.
Las cámaras de filtración (Figura 13), son cámaras cilíndricas que contienen balones,
conectadas en su fondo con la tubería de drenaje. Se ubican en el punto más bajo
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.......
...
....... .... ....... ....
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depresiones con apozamientos, permitiendo un rápido ingreso del agua hacia
tubería de drenaje.
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Comisión Nacional
de Riego
¡Ipie
Sucer1lc1odol ... olo
Figura 13.
~
Cámaras de filtración
10. DRENES EN V.
Los drenes en "V", son zanjas caracterizadas por poseer taludes amplios, que
fluctúan entre 8 :1 y 10 :1, permitiendo el libre tránsito de maquinaria y ganado. Es
una solución adecuada en sectores que presentan topografía ondulada, ya que
permiten mantener la continuidad de los potreros y adecuarse a la topografía natural.
Además, para disminuir al mínimo el movimiento de tierra es importante que la altura
de corte sea la menor posible: En la Figura 14, se presenta una sección transversal
de un dren en V y en la Fotografía 5 se muestra este dren en proceso de
construcción.
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6·14m
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3·7 m
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de Riego.
Figura 14.
Sección transversal de dren en V.
Fotografía 5.
Oren en V en construcción.
La mayor ventaja de la construcción de drenes en "V" es que, debido a la amplitud de
sus taludes, prácticamente quedan integrados a la topografía natural del terreno,
permitiendo el libre tránsito de ganado y maquinaria sobre ellos, y por lo tanto, no
rompen la continuidad de los potreros.
Una vez que los taludes de los drenes en "V" han sido cubiertos por vegetación,
natural o artificial, ésta debe conservarse en forma permanente, para asegurar su
mantención y vida útil, por lo cual, no deben ser cultivados.
Para el cálculo de las dimensiones de estos drenes, se aplica la misma metodología
que para cualquier zanja, utilizando la Fórmula de Manning.
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RENES INTERCEPTORES.
ste tipo de drenes tienen como misión interceptar el flujo superficial y/o
GOBIERNO DE CHILE
Comisión ~w!l§MYerficial de
agua que se mueve en una determinada dirección y desviarlo de la
de Riego
misma. Se emplean para aminorar o anular la recarga al área problema proveniente
de aportes laterales, es decir, para independizar el problema de la zona baja de la
fuente que está en la zona alta, haciéndolo dependiente sólo de su propia recarga.
En ocasiones, un dren interceptor resuelve íntegramente el problema de un área
cuando la totalidad o una elevada proporción del flujo es colectado y desviado. En tal
caso, ésta constituye la única obra de drenaje a realizar en el sistema.
El punto próximo al cambio de la pendiente resulta el
instalación de un dren interceptor.
más adecuado para
la
Este debe correr siguiendo la curva de nivel,
aunque con algún desvío, a fin de mantener a lo largo del mismo el desnivel mínimo
que asegure el normal escurrimiento del agua.
Otra condición importante es la proximidad de la estrata impermeable. En efecto, un
dren que se profundiza hasta esa estrata, prácticamente intercepta todo el caudal. Si
el tirante de agua es considerable, puede percolar a través del talud, en sentido
pendiente abajo, un gasto que obligue a la construcción de un segundo interceptor.
Si la barrera se encuentra a más de 5 m se hace difícil, constructiva y
económicamente, lograr efectividad, debiendo recurrirse a la instalación de dos o
más zanjas a determinada distancia una de la otra, y siempre que las favorables
condiciones topográficas y de suelo aún se mantengan.
En la Figura 15, se presenta un esquema que muestra el efecto del dren interceptor
en la disminución del nivel freático.
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~
GOBIERNO DE CHILE
----- -----
Comisión Nacional
Nivel Frectico iniciel
-..~~
_.,..
y~)~.
~
,
;
de Riego
Figura 15.
Disminución del nivel freático debido a la acción de un dren
de intercepción
12. DRENES TOPO.
12.1
Definición
Como se indica en la Figura 16, los drenes topo son galerías subterráneas de
aproximadamente 7,5 cm de diámetro, construidas en el interior del suelo, rodeadas
de fisuras periféricas.
Nivel del suelo
...
~Fisuras
I~--------
Figura 16.
Oren topo
Corte transversal de un dren topo.
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Isuras periféricas que rodean la galería recolectan los excedentes hídricos
umulados en la zona radicular, y por lo tanto, estas fisuras son la clave del éxito
GOBIERN0<ml
filtIslOnamiento de dichos drenes.
Comisión Nacional
de Riego
El propósito de los drenes no es controlar el nivel freático, sino remover excesos de
agua de la superficie o de la parte superior del suelo. Por lo tanto, los drenes topo
pueden ser considerados como un sistema intermedio entre un sistema de drenaje
superficial y uno subsuperficial.
Estos drenes descargan en la zanja colectora debido a la gravedad, y por lo tanto,
deben tener pendiente positiva en dirección a la zanja.
Además, para su
construcción y prolongación de su vida útil, se requiere un contenido mínimo de
arcilla de 20% en la zona de la galería
12.2
Implemento usado para la construcción de drenes topo.
El implemento utilizado para construir los "drenes topo", se conoce con el nombre de
"arado topo". En el Sur de Chile, es una maquinaria de uso frecuente en aquellos
predios con limitaciones de mal drenaje, existiendo una gran diversidad de tipos y
adaptaciones de dicho implemento, pero es posible distinguir dos versiones,
descritos a continuación:
12.2.1 Arado topo sin barra de tiro, de acople al sistema hidráulico de tres
puntos del tractor.
Como se indica en la Figura 17, este modelo es básicamente un subsolador
modificado, al cual se le ha adicionado un balín expandidor, que generalmente es
una esfera o cilindro de metal.
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Acople
3 puntos
fieja
>\lc:ck:do'<1
GOBIERNO DE CHILE
Comisión Nacional
de Riego
Funto ce Cincer
Figura 17.
Arado topo sin barra de tiro.
Como se muestra en la Figura 18, este modelo posee una importante desventaja.
Debido a que está directamente conectado al sistema de tres puntos, el implemento
queda a una corta distancia de las ruedas traseras del tractor, y por lo tanto, se
trasmiten al eje longitudinal del dren topo todos los movimientos de oscilación de las
ruedas en su contacto con el microrelieve del suelo. Esto provoca una importante
pérdida de linealidad del eje longitudinal, repercutiendo en una deficiencia para el
escurrimiento del agua al interior del dren topo.
Por la desventaja explicada
anteriormente, no se recomienda el uso de este modelo.
,SIN BARRA DE TIRO
CON BARRA DE TIRO,
Figura 18.
Efecto de la barra de tiro en la linealidad del dren topo.
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Arado topo con barra de tiro.
GOBIERNO <6~~~lItr muestra en la Fotografía 6, esta versión consta básicamente de una barra
Comisión.t1e: i W<9,
de Riego
una hoja subsoladora, un cilindro de penetración o "torpedo", un balín
expandidor y un par de patines estabilizadores frontales, que puede ser accionado
mediante tracción mecánica o animal.
Fotografía 6.
Arado topo con barra de tiro.
En el caso de tracción mecánica, el acoplamiento al tractor es mediante el sistema
de tres puntos, y en el caso de tracción animal, el implemento es de tiro, mediante
una cadena, y se agrega en el modelo, una mancera doble para su operación.
La principal ventaja de este modelo, es que mediante la barra de tiro se anula en un
grado importante la replicación del microrelieve en el eje longitudinal del dren topo
(Figura 18).
12.3
Construcción de drenes topo
Las fisuras periféricas que rodean la galería recolectan los excedentes hídricos
acumulados en la zona radicular, y por lo tanto, estas fisuras son la clave del éxito
del funcionamiento de dichos drenes.
Al realizar la labor, estas grietas periféricas son producto de la acción de la hoja
subsoladora y el balín expandidor del impacto sobre el suelo.
Además, es de vital
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...... ... ... ", ...... .
... ... ...
... ,-
ancia la linealidad longitudinal de la galería, lo que facilita
el obtener una
ndiente uniforme y una menor rugosidad interna, permitiendo maximizar el caudal
GOBIERNO~s~argan
estos drenes.
Comisión Nacional
de Riego
Estas dos características, se obtienen por una parte, con el uso de un adecuado
implemento para la construcción de los drenes, y por otro lado, se requiere
considerar normas para la correcta ejecución de la labor.
Previo al inicio de la labor de construcción de los drenes topo, debe procederse a la
regulación del implemento, distinguiéndose tres tipos de regulación:
1)
Regulación de horizontalidad de la barra de tiro. Consiste en que la barra de
tiro debe estar paralela a la superficie del suelo durante la ejecución de la labor.
2)
Regulación del ángulo de ataque de la hoja subsoladora. Esta debe quedar
con un ángulo ligeramente mayor a 90° (aproximadamente 95°) con respecto a
la barra de tiro, de tal manera que durante la labor no tienda a enterrarse ni a
salirse hacia la superficie, quedando en un punto de equilibrio.
3)
Regulación de verticalidad de la hoja subsoladora.
Debe quedar en una
posición totalmente vertical y perpendicular a la superficie del suelo, para
disminuir el roce de éste con las paredes de la hoja subsoladora, que tiende a
hacer salir la hoja a la superficie. Además, una posición vertical permite realizar
un corte del suelo de mayor impacto, con un mínimo esfuerzo de tracción
durante la labor.
Los parámetros de diseño y construcción más importantes para los drenes topo son:
- Epoca de construcción.
- Velocidad de avance.
- Espaciamiento entre pasadas.
- Profundidad de la galería.
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Cuadro 9 se presenta un resumen de las recomendaciones técnicas para
nstrucción de drenes topo.
GOBIERNO DE CHILE
Comisión Nacional
de Ri~lladro
9.
Recomendaciones técnicas para la construcción de drenes topo
PARAMETRO
EXPLlCACION
RECOMENDACION
Época de
construcción
En zona de grietas, debe haber
humedad cercana a suelo seco, para
que éstas no se cierren.
Término de primavera a
comienzos de verano,
aproximadamente el mes
de Diciembre, en la X
Región.
En zona de galería debe existir suelo
friable para garantizar estabilidad de la
galería.
Posterior a la labor, debe haber período
de "fraguado" de grietas.
Velocidad de
la labor
La rapidez de la rotura del suelo debe
anular la elasticidad que tiende a cerrar
las grietas.
El roce del implemento debe producir
calor para fraguar las paredes internas
de la galería.
3 km/hr, equivalente a
marcha primera lenta del
tractor, o el tranco de una
persona caminando
normalmente.
Espaciamiento Lograr traslape horizontal de grietas
entre pasadas entre dos pasadas consecutivas (Figura
19)
2m
Profundidad de Galería debe quedar en zona con
mínimo 20% de arcilla.
la galería
40 a 60 cm
Grietas deben alcanzar la zona radicular.
Evitar daño por pisoteo animal.
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ESPACEAMIENTO EXCESIVO.
GOBIERNO DE CHILE
(omisión Nacional
de Riego
ESPACEAMIENTO OPTIMO.
Figura 19.
12.4
Selección del espaciamiento entre drenes topo.
Alternativas de descarga del dren topo a colectores.
Las alternativas más comunes son:
a) Salida directa a una zanja abierta de una profundidad tal que garantice la caída
libre de aguas desde los drenes, como se indica en la Fotografía 7.
Fotografía 7.
Drenes topo descargando a zanja.
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scarga a una zanja de relleno donde se ha instalado previamente un dren de
tubo con abundantes piedras y grava como material envolvente que actúa como
GOBIERNO D~efor,
como se indica en la Figura 20.
Comisión Nacional
de Riego
Figura 20.
Descarga de dren topo en tubería de drenaje.
La primera alternativa es recomendable en suelos planos y donde la construcción de
zanjas abiertas no represente dificultades. La segunda alternativa es particularmente
útil en suelos que presentan depresiones localizadas, en cuyo caso el dren entubado
se ubica en el punto más bajo y los drenes topo se trazan perpendicularmente a lo
largo de la tubería.
13. INTERVENCION DE CAUCES NATURALES.
En todo proyecto de drenaje debe analizarse el cauce evacuador de las aguas para
decidir si es necesario su intervención. Esta situación se presenta cuando el tamaño
de su sección o condiciones de limpieza no aseguren la conducción de los caudales
adicionales que surgen de una red de drenaje, y que además, eventualmente se
produzcan inundaciones del terreno ribereño por la salida del agua.
En algunos casos, la importancia de la intervención de los cauces naturales es de
primer orden, ya que debido a la baja densidad geográfica, reducida pendiente y
sección transversal y su estado de embancamiento y obstrucción por vegetación,
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no cumplen con la función de evacuar los excesos de lluvia del área, y al
ntrario, constituyen un importante impedimento a esta necesidad.
GOBIERNO DE CHILE
Comisión ~acioral
de
Ri€'gf0r
10
.
tanto, dependiendo de la gravedad del problema, a veces es necesario el
control de inundaciones, la limpieza, el enderezamiento y el aumento de la sección
de conducción de los cauces naturales existentes en la zona del proyecto.
13.1
Control de inundaciones.
Si bien este tema puede considerarse no directamente relacionado con el drenaje, no
es menos cierto que en muchos terrenos ésta es la razón principal de los problemas
de drenaje que se presentan. Tal es el caso de las terrazas bajas adyacentes a ríos
y esteros.
La solución de un problema de esta naturaleza consiste en la construcción de obras
de ingeniería que impidan el desbordamiento de los ríos o esteros causantes de la
dificultad. Las obras más comunes son los diques y muros de contención.
13.1.1 Diques
Los diques son muros de tierra levantados en los márgenes de los ríos que permiten
aumentar la capacidad natural del estero e impedir que el agua ingrese a las áreas
bajas adyacentes. La Figura 21 muestra un dique y las formas más tradicionales de
elevar su altura bajo condiciones críticas.
13.1.2 Muros de contención
Los muros de contención son, por lo general, obras de hormigón, albañilería o
madera, destinados también a aumentar la capacidad de porteo del río e impedir que
el agua ingrese a los terrenos circundantes. En la Figura 22 se muestran diferentes
tipos de muros que pueden construirse.
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Dique de emergencia
GOBIERNO DE CHILE
Dique original
Comisión Nacional
de Riego
(a) Dique de emergencia de tierra
Sacos de arena
(b) Sacos de arena
Estructura de madera
(c) Estructura de contención
Estructura de madera
~--...--
Tierra
(d) Cajón
Figura 21.
Diques de contención (Schwab, G. y otros, 1981).
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GOBIERNO DE CHILE
Comisión Nacional
de Riego
Muro sólido
Muro simple
Muro recto con relleno
Muro en ángulo con relleno
..
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'"
I
D
'.'
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6
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..
Muro con relleno
Figura 22.
Muro tipo escuadra
Muros de contención (Schwab, G. y otros, 1981).
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Limpieza de cauces naturales
GOBIERNO Id[ leRtl!"Ede limpieza consiste en la extracción de sedimentos, despeje y retiro de toda
COmi~~ó~itr~etación existente sobre el ancho de corte de los cauces, ya sean malezas,
matorrales, o árboles de diverso tamaño. Esta labor es realizada sobre el lecho de
los cauces, utilizando una excavadora oruga.
La labor de limpieza de árboles no es efectuada mediante tala, sino que a través del
volteo de los árboles utilizando el brazo de la excavadora.
Esto se consigue
fácilmente, debido a que el arraigamiento de árboles en el lecho de los cauces es de
tipo superficial. Posterior al volteo de los árboles, se arrastran y levantan los
matorrales y árboles derribados, utilizando conjuntamente el brazo y el balde de la
excavadora.
13.3
Ampliación de cauces naturales
Para el cálculo de la excavación en cauces naturales, debe considerarse que existe
una sección actual, la cual será ampliada.
Por lo tanto, la sección de excavación
corresponde a la diferencia entre la sección futura y la sección actual del cauce.
El cálculo de las secciones y dimensiones de los cauces naturales ampliados, se rige
por la misma metodología utilizada en el caso de zanjas de drenaje, es decir, la
fórmula de Manning. En suelos ñadis, el valor del talud corresponde a O:1, ya que
los cauces tienen su sello en el sustrato fluvioglacial cementado, que permite este
talud vertical.
Al igual que la labor de limpieza, dicha labor se realiza sobre el lecho de los cauces,
utilizando una excavadora. En el Cuadro 10 se presentan las características y los
estándares para limpieza y ampliación de cauces naturales.
Cuadro 10.
Estándares limpieza y excavación de cauces naturales
50
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... ... ...
... ... • • •
...
.".
.".
.".
GOBIERN
T
lfiteeMfl<to ra Oruga
Comisión MIa~kP
de
200
E.t3G HP potencia
nominal
Balde 1200 mm
ancho y 0,93 m3
capacidad
Eta a
Rendimiento
Limpieza
de Cauce
Natural
= 315 m2 2/hr
Condición de obstrucción severa
Condición de obstrucción normal
= 450 m /hr
Condición de obstrucción favorable = 585 m2/hr
Excavación 30 - 40 m3/hr.
de Cauce
Natural
14. MANTENCION DE OBRAS DE DRENAJE.
La mantención de sistemas de drenaje, es un aspecto al que generalmente se
atribuye menor importancia de la que se merece. En la mayoría de los casos, es un
compromiso descuidado y muchas veces olvidado por completo. Lamentablemente
es frecuente constatar el deplorable estado de funcionamiento y conservación de
obras de drenaje en las que se han invertido cuantiosos recursos, situación
inaceptable desde todo punto de vista, como se muestra en la Fotografía 8.
Fotografía 8.
Zanja de drenaje en pésimas condiciones de mantención.
Por lo anterior, es necesario reafirmar, recordar e insistir en la importancia de la
mantención de las obras, de tal manera que sean asumidas como una obligación
ineludible que debe ser cumplida permanentemente por los usuarios.
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n dos objetivos de gran importancia perseguidos con la mantención de las
Por una parte, la adecuada mantención asegura permanencia de las
GOBIE~~O~áp:¡~lMdes
Comlslon ÑaClonal
de
hidráulicas del sistema, es decir, permite que las obras funcionen
Riooecuadamente descargando los caudales para las que fueron diseñadas. Por otro
lado, es obvio que solamente con una adecuada mantención es posible resguardar
las inversiones realizadas en las obras, optimizando la vida útil de éstas, protegiendo
y haciendo más eficiente el uso de los recursos.
14.1
Mantención de zanjas.
Las labores de mantención a realizar en zanjas colectoras se recomienda efectuarlas
previamente a la época de lluvias, durante el período estival, con frecuencia de una
vez por temporada.
14.1.1 Extracción de sedimentos.
Una vez finalizada la temporada de drenaje, los caudales comienzan a disminuir en
cantidad y velocidad, de tal manera que progresivamente se van depositando
sedimentos en el sello o fondo de la zanja.
Por otro lado, en plena temporada de drenaje, las altas velocidades que suelen
alcanzar los caudales, posibilitan el arrastre de objetos (troncos, ramas, piedras,
restos de derrumbes, otros), los cuales luego se depositan en puntos de cambio de
dirección o de menor velocidad, lugares en donde progresivamente se van
acumulando.
La extracción de estos depósitos, dependiendo de la longitud total y del tamaño de la
zanja, puede realizarse manualmente, con palas, o bien utilizando excavadoras con
un tipo de balde apropiado para la labor.
14.1.2 Corte de vegetación de berma, talud y sello de la zanja.
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é:Iecuadas condiciones de humedad y estado de permanente rezago que existe
la berma, taludes y sello de la zanja, producen condiciones favorables para el
GOBIERNO&éé+hIlU3IFito
de la vegetación en dichos sitios.
Comisión Nacional
de Riego
La labor de control de esta vegetación puede realizarse en forma manual usando
herramientas cortantes (rozones, guadañas, machetes, otros); en forma mecanizada,
ya sea con herramientas mecánicas manuales como una desbrozadora, o con el uso
de implementos accionados con tractor, como una barra segadora lateral angulable.
También pueden utilizarse herbicidas químicos de contacto como Gramoxone o
sistémicos como Round-up.
14.1.3 Reparación de cercos.
La presencia de un cerco a ambos lados de la zanja es imprescindible para asegurar
una adecuada mantención de ésta. Por lo tanto, debe realizarse periódicamente una
inspección del estado de conservación de los cercos y al detectarse un desperfecto,
debe procederse de inmediato a su reparación.
El principal daño que ocasiona la ausencia de cerco o un estado deficiente de éste, es
la destrucción del talud de la zanja debido al pisoteo de animales de pastoreo, los que
se aproximan a la zanja para abrevar y consumo de la vegetación existente. Este daño
suele ser tan severo, que al cabo de algunos años prácticamente se produce la
destrucción total de la zanja.
Por otro lado, un buen cerco es también garantía de seguridad para los animales, ya
que al impedir su paso, se evita que aquellos de peso considerable, como los bovinos,
puedan perecer ahogados o asfixiados al caer dentro de una zanja; más aún si ésta es
de un tamaño considerable.
En la inspección de los cercos, debe revisarse el estado de los estacones,
reemplazando aquellos que se encuentran quebrados o podridos. También se debe
revisar la fijación y tensión del alambre.
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Para asegurar una mayor vida útil de los estacones, se recomienda impregnarlos, o
pintarlos con aceite quemado.
14.1.4 Inspección y limpieza de alcantarillas.
Cuando las zanjas deben cruzar un camino es necesario construir una alcantarilla.
Es frecuente que estas alcantarillas se construyan sin cámaras de decantación,
razón por la cual al cabo de unos años presentan una gran acumulación de material
depositado en su interior. Esto es difícil de limpiar y reduce en forma importante la
sección de flujo.
Las cámaras de decantación son receptáculos rectangulares instalados al inicio y
final de la alcantarilla (en cada extremo) y cuyo fondo se ubica por debajo del sello de
ésta. Así al bajar la velocidad del agua en este punto, se produce la decantación de
las partículas en suspensión.
Por lo tanto, para asegurar la adecuada mantención de las alcantarillas y resguardar
de esta manera que no se conviertan en un obstáculo para la red de zanjas, se
deben instalar cámaras de decantación al inicio y al final de la alcantarilla, y proceder
a la extracción de los sedimentos todos los años
14.2
Mantención de drenes de tubería.
Las labores de mantención en drenes de tubería se recomienda efectuarlas previo a
la época de lluvias, durante el período estival.
14.2.1 Remoción de sedimentos del interior de las tuberías.
No obstante el uso de material filtrante y de estructuras de mantención, con el
transcurso del tiempo los drenes subterráneos disminuyen su eficiencia, lo cual puede
deberse a:
54
•
Sedimentación de materiales finos del suelo, como arena fina y limo.
•
Obstrucción por raíces de los cultivos, situación que es más frecuente en cultivos
permanentes de arraigamiento profundo.
•
Obstrucción por depósitos químicos, como óxidos de Fierro no soluble.
Cuando ocurren tales problemas, la eliminación de estos depósitos, se realiza
mediante las siguientes labores:
Raspado, mediante escobillas accionadas en forma manual o mecánica.
Al interior de la tubería, se introducen varillas con suficiente rigidez y flexibilidad,
que permitan realizar un raspado de las paredes internas de los drenes, mediante
escobillas adosadas en sus extremos. Esta técnica posee la limitación de no permitir
una gran longitud de limpieza, razón por la cual su uso se ha discontinuado.
Lavado con agua a alta presión, utilizando una bomba inyectora.
Este método consiste en la introducción de una manguera en el interior de la tubería,
que en su extremo inicial consta de una boquilla que posee salidas en diferentes
direcciones, que expulsa el agua a gran velocidad.
Una de las salidas de la boquilla es un chorro lineal frontal, que va impactando y
desagregando los depósitos de material; y la otra salida consiste en un cono
proyectado en sentido inverso, y que al impactar la pared interna de la tubería,
genera una fuerza de reacción que va provocando el avance de la manguera, y
produciendo el flujo de salida para el arrastre del material en suspensión hacia el
exterior de la tubería. Esta manguera es presurizada mediante una bomba que
inyecta la presión necesaria.
Empleo de gas anhídrido sulfuroso.
55
Cuando las aguas de drenaje poseen altas concentraciones de óxidos de fierro,
existe el riesgo de acumulación de óxidos férricos no solubles en las paredes
internas de las tuberías, que eventualmente podrían provocar la obstrucción de
éstas.
Para la remoción de dichos óxidos férricos no solubles se recomienda inyectar
anhídrido sulfuroso en la forma de gas, que transforman estos agregados férricos en
un compuesto ferroso soluble eliminados con las aguas de drenaje.
14.2.2 Inspección, limpieza y reparación de estructuras
También es importante inspeccionar el estado en que se encuentran las estructuras
instaladas conjuntamente con las tuberías, en especial las cámaras de inspección y las
salidas de tubería. En ellas debe procederse a su limpieza y reparación en caso de ser
necesario.
Para ambas estructuras, se recomienda su protección con un cerco,
manteniéndolas siempre con la vegetación cortada.
14.3
Mantención de cauces naturales.
Las labores de mantención a realizar en los cauces naturales se recomienda
realizarlas durante la época de menor caudal, correspondiente normalmente a la
primera quincena de marzo, con una frecuencia aproximada de dos años.
14.3.1 Limpieza de sedimentos y restos de materiales y árboles acumulados en la
sección del cauce
Durante el período de crecidas, es frecuente que los cauces transporten diversos
materiales y objetos (ramas, troncos, piedras, basura, otros), debido a las altas
velocidades y caudales producidos en estos eventos.
Dependiendo de las
56
características de la sección y de los accidentes naturales presentes a lo largo del
cauce, en algunos puntos se van depositando y acumulando estos materiales, lo cual
al final del período de crecidas produce áreas propicias para la sedimentación.
En muchos casos, esto se ve agravado por la continuación de cercos en la sección
del cauce, en aquellas propiedades que poseen terrenos a ambos lados de éste, lo
cual se hace aludiendo a la necesidad de evitar el ingreso de los animales de los
vecinos hacia el interior de las propiedades. Estos cercos instalados dentro del
cauce, actúan como verdaderas redes de intercepción de objetos en las crecidas,
generando
acumulaciones que se transforman en graves obstáculos para el
escurrimiento de las aguas. Obviamente, por las razones expuestas, debe evitarse
la instalación de dichos cercos dentro del cauce, o bien retirar periódicamente los
materiales acumulados.
Para la extracción de los sedimentos y los materiales acumulados, generalmente es
recomendable realizar esta labor en forma mecanizada, mediante el uso de una
excavadora. No obstante, es posible desarrollarlo manualmente, utilizando tracción
animal con carretas para el retiro del material.
14.3.2 Control de vegetación en las riberas
Con el transcurso del tiempo, y debido al favorable contenido de humedad, en la
ribera de los cauces se va desarrollando abundante vegetación, tanto herbácea
como arbustiva y arbórea. Si no se controla este crecimiento, al cabo de algunos
años la vegetación se desarrollará también en la sección del cauce, produciendo una
disminución de la velocidad del agua por un aumento de la rugosidad, reduciendo la
capacidad de conducción. Sin embargo, es recomendable mantener la ribera con
presencia de vegetación, ya que actúa como protección a la acción erosiva del
caudal durante las crecidas.
Por lo tanto, en lo referente al control de la vegetación, la mantención de las riberas
debe realizarse sólo con el objeto de impedir que ésta se desarrolle hacia el interior
57
de la sección, pero debe mantenerse el máximo de vegetación presente en la ribera
propiamente tal. Por ser esta labor bastante selectiva y controlada, se recomienda
realizarla en forma manual utilizando herramientas cortantes (rozones, guadañas,
machetes, otros) o utilizando herramientas mecánicas manuales, como una
desbrozadora.
15. COSTOS Y PRESUPUESTOS DE OBRAS DE DRENAJE.
El primer paso para comenzar a estudiar un presupuesto, es dividir la obra en
partidas o items de pago que debe considerar todos los gastos que incurrirá la
construcción de la obra.
Las partidas son las faenas o elementos constructivos evaluados individualmente.
Estos deben ser medibles, presupuestables y verificables, de modo de controlar
avances, cobrar estados de pago y comparar el avance real con el programado. En
cada partida debe determinarse la unidad que tendrá ésta, siendo por ejemplo, en
m3 , m2 , mi, gl, otros
El segundo paso consiste en cubicar las distintas partidas, es decir, calcular las
cantidades de unidades de cada partida, sean éstas en volúmenes, áreas o
longitudes.
Teniendo todo lo anterior puede elaborarse un presupuesto. Este debe estimar el
costo de cada partida, estudiando y haciendo un detalle de cada precio unitario
(P.U.) para cada partida, incluyendo todos los costos involucrados en la ejecución de
un trabajo, lo que debe ser compatible con las bases de medición y pagos de cada
partida.
En este capítulo se incluyen algunos casos puntuales sólo como una referencia al
tema. En estricto rigor, los costos pueden variar considerablemente de un lugar a
otro dependiendo de las condiciones locales, los objetivos del sistema a instalar y las
condiciones de construcción en la obra.
Por lo tanto, se aconseja considerar los
58
valores de este documento como cifras orientadoras de referencia, que deben ser
corroboradas para el proyecto específico.
15.1
Análisis de precios unitarios.
El precio unitario (P.U.) de cada partida, se considera como la sumatoria de los
precios unitarios de mano de obra, materiales, maquinarias y equipos y otros. Es
decir:
P.U. Partida = P.U. mano de obra + P.U. materiales + P.U. Equipos + otros costos
Cada vez que se haga un estudio de precios unitarios, no debe contemplar gastos
generales, ni utilidades, ya que se incluyen como partidas separadas en el
presupuesto oficial.
15.1.1 Precio unitario de mano de obra
Se define como mano de obra al costo de obra involucrada en la partida. Para tener
una buena evaluación debe estimarse el rendimiento del trabajador. Los costos de
mano de obra considerados son los costos fijos, que constituyen la remuneración del
trabajador, y los costos variables, los que se dividen en:
a. Costos variables mensuales, los que a su vez se dividen en:
•
Sobretiempo, que normalmente es un 50% en horas extras en días hábiles y del
110% horas extras de días domingos y festivos.
•
Trato
•
Participaciones
b. Costo variable anual ( gratificaciones según corresponda)
59
c. Leyes Sociales, las que a su vez se dividen en:
•
Imposiciones: calculadas sobre la base de un porcentaje sobre la remuneración
imponible. Son parte del dinero del trabajador que el empleador retiene e ingresa
a los fondos de pensiones y de salud a nombre del trabajador.
•
Seguro de accidente: considerando un porcentaje sobre el total ganado por el
trabajador, variando de acuerdo a los índices de accidentalidad de la empresa.
•
Otras asignaciones:
Alimentación
Movilización
-
Viáticos (según corresponda)
Asignación por desgaste de herramientas (según corresponda)
•
Asignación por pérdida de caja (según corresponda)
Indemnizaciones: son los costos en que se incurre al despedir un trabajador.
Estas se dividen en:
Desahucio, cancelando un mes de sueldo al trabajador, que es
despedido sin el previo aviso de un mes por lo menos.
Indemnización por años de servicio, que corresponde a un mes de
sueldo por cada año de servicio.
Pago proporcional por vacaciones, pagándose al trabajador que sea
despedido antes de haber hecho uso de sus vacaciones.
En el Cuadro 11 se presenta un resumen del costo aproximado de leyes sociales en
Chile, estimación realizada por Ondac (1993)
Cuadro 11.
Costos de leyes sociales.
Asignaciones legales
%
Beneficios adicionales
%
Semana corrida
18.65
Causas climáticas
2.54
Aporte patronal
0.90
Colación
1.02
Cotización adicional mutual
2.55
Locomoción
0.86
Feriado anual
5.01
Falta de materiales
0.42
60
Por años de servicio
3.33
Desgaste de herramientas
2.03
Desahucio
5.00
Capacitación y alfabetización
0.14
Gratificación
12.07
Aguinaldo
0.50
Equipo de seguridad y trabajo
1.25
Asignación por fallecimiento
0.03
Cotización depto. de
sequridad de la empresa
Subtotal
1.00
8.54
Total
55.57
Subtotal
47.03
Fuente: Revista ONDAC
15.1.2 Precio unitario materiales
Consiste en una cotización de los materiales a utilizar en obra (incluyendo
transporte), obteniéndose de la cubicación y especificaciones técnicas.
El precio de los materiales se verá afectado por las ofertas del momento, calidad de
los materiales, volúmenes de los materiales, volúmenes de compra, formas de pago,
otros
Es recomendable incluir un porcentaje, llamado porcentaje de pérdidas donde se
consideran posibles robos,
pérdidas por mala utilización del material, mal
almacenamiento, mal transporte, por mala programación de compra, otros
15.1.3 Precio unitario equipos y maquinarias
Es el costo de equipos, maquinarias y herramientas utilizables en cada partida,
dependiendo fundamentalmente de la planificación de la obra y de la estrategia
adoptada. Se consideran herramientas (martillos, palas, carretillas, otros), superficies
provisorias (escaleras, andamios, carreras, otros) y maquinarias (grúas, vibradores,
betoneras, otros).
61
En muchos casos todo lo que es herramienta y superficies provisorias puede
considerarse en los gastos generales o en la instalación de faenas, pero para la
situación de maquinarias puede haber 3 posibilidades:
•
Equipos arrendados.
•
Equipos con leasing, siendo el costo mensual superior a un arriendo tradicional.
•
Equipos propios, determinando los costos de depreciación del equipo y los de
posesión y operación del mismo.
Por lo general la posibilidad del equipo arrendado es la forma más común para las
maquinarias.
15.2
Costos de Construcción de Obras de Drenaje.
15.2.1 Costos de construcción de proyecto drenaje superficial intrapredial
sistema zanja· dren topo en suelos ñadis..
En el Cuadro 12, se presentan los costos de construcción de un sistema zanja-dren
topo en un suelo ñadi, serie Frutillar, en condiciones de suelo limpio, sin restos de
troncos ni matorrales. El trabajo se realizó en una superficie de 30.55 has.
El
espaciamiento entre drenes fue de 5 m, construcción manual de las zanjas y los
drenes topo se construyeron con un implemento accionado por tractor.
De dicho
cuadro se desprende que el costo de este tipo de obra es de UF 13.27 por hectárea.
62
Cuadro 12.
Costos totales de construcción de un sistema de drenaje
superficial tipo zanja· dren topo para suelos ñadis.
Unidad
Ha
Costo Unitario
(UF)
0,87
Cantidad
30,55
Costo Total
(UF)
26,58
m3
m3
Km
Km
0,03
0,14
0,70
3,05
862,20
934,05
2,40
2,40
25,87
130,77
1,68
7,32
Deterioro severo
M
Deterioro reQular
M
Confección drenes topo
Km
Movimiento material de bordes
0,03
0,02
0,42
645,00
680,00
61,10
19,35
17,20
25,66
Tierra
Ripio
Cercado de zanjas
m3
m3
0,04
0,09
862,20
934,05
34,49
84,06
Polines
Alambre
Mano de obra
Km
Km
Km
4,43
1,24
1,09
Item
Topografía
Excavación zanja
Tierra
Ripio
Picotas
Palas
Limpieza zanja
4,79
4,79
4,79
TOTAL
UF/ha
21,22
5,94
5,22
405,36
13,27
Fuente: Ortega, 1996.
15.2.2 Presupuesto proyecto drenaje superficial macrored extrapredial suelos
ñadi.
En este capítulo se presenta un presupuesto de un caso real, en que la obra
proyectada corresponde a una macrored de drenaje extrapredial en suelos ñadis de la
serie Frutillar, ubicada en la Comuna de Frutillar, Provincia de LLanquihue, Décima
Región, siendo la superficie de influencia directa del proyecto de 1.595 ha.
En el área del proyecto se presenta una situación generalizada de mal drenaje durante
gran parte del año. El origen de la recarga es lluvia directa sobre el área del proyecto,
y la escorrentía superficial generada en las áreas adyacentes.
63
La obra proyectada corresponde a una macrored extrapredial de Drenaje, que
consiste en una red de zanjas colectoras que reciben las aguas de drenaje prediales
y las descargan en los cauces naturales existentes. Se contempla la construcción de
un total de 10.984 m de zanjas colectoras y la limpieza y ampliación de un total de
19.555 m de cauces naturales.
Se especifican las inversiones y costos que son necesarios para la materialización de
las obras propuestas. Los valores se expresan en pesos de marzo de 1998, en valores
netos, sin incluir el IVA. Tanto los estándares técnicos como los precios utilizados,
corresponden a valores locales, obtenidos de proyectos similares realizados en la
región.
En el Cuadro 13, se presentan los estándares de rendimiento y construcción de las
obras proyectadas.
64
Cuadro 13.
Estándares de rendimiento y construcción obras macrored
extrapredial suelos ñadi, serie Frutillar
ACTIVI DAD
IDENTIFICACION
FORMA DE CONSTRUCCION
UNIDAD
ROTO.
IDENTIFICACION
UNIDAD
Limpieza Condición Favorable
m2
Limpieza Condición Normal
m2
Limpieza Condición Severa
m2
Excavación
m3
CONSTRUCCION COLECTORES
Excavadora
Excavadora
Excavadora
Excavadora
hr
hr
hr
hr
585 m2/hr
450 m2/hr
315 m2/hr
36 m3/hr
Construcción faja
km
Excavación suelo
Excavación ripio
Repase y Terminación Sección
Retiro del suelo excavado
Retiro del ripio excavado
Esparcimiento suelo y ripio
Cercado
m3
m3
m3
m3
m3
m3
km
Camión tolva
Mano de obra
Excavadora
Excavadora
Mano de Obra
Camión tolva
Camión tolva
Buldozer
Mano de Obra
hr
J
hr
hr
J
hr
hr
hr
J
0,1 km/hr
0,1 km/J
70 m3/hr
40 m3/hr
5 m3/J
38 m3/hr
32 m3/hr
75 m3/hr
0,01 km/J
AMPLlACION CAUCE
Conociendo los estándares técnicos y los precios de mercado, se determina el precio
unitario de las diferentes partidas del presupuesto.
En los Cuadros 14 al 18, se presentan los precios unitarios de las siguientes partidas
del presupuesto, respectivamente:
•
Ampliación de cauces naturales
•
Roce, despeje y limpieza de faja.
•
Excavación de colectores.
•
Retiro del material excavado.
•
Cercado de zanjas.
Cuadro 14. Precio unitario ampliación cauces naturales
($ marzo 1998, sin IVA).
65
PARTIDA
UNIDAD
CANTIDAD
Ampliación cauces naturales.
m A 2 (limpieza) : mA 3 (excavación).
1
DESIGNACION
ITEM I Sub-ítem
LIMPIEZA
CATEGORíA FAVORABLE
LIMPIEZA
CATEGORíA NORMAL
LIMPIEZA
CATEGORíA SEVERA
EXCAVACiÓN
UNIDAD
CANT.
PRECIO
UNIT ($)
PRECIO TOTAL
($
Sub-Item
ITEM
hr excavad.
0,00171
22.000
38
hr excavad.
0,00222
22.000
49
hr excavad.
hr excavad.
0,00317
0,02778
22.000
22.000
70
611
Cuadro 15. Precio unitario roce, despeje y limpieza de faja.
($ marzo 1998, sin IVA).
PARTIDA
UNIDAD
CANTIDAD
Roce, despeje y limpieza de faja.
Km.
1
DESIGNACION
ITEM I Sub - ítem
MANO DE OBRA
Jornalero
Desgaste de herramientas
Leves sociales
MAQUINARIA
Camión tolva de 7 m 3
TOTAL COSTO DIRECTO
PRECIO
UNIT ($)
UNIDAD
CANT.
Jornada
%
%
10
5
57
5.500
Hr
10
8.000
PRECIO TOTAL
($)
ITEM
Sub-Item
89.100
55.000
2.750
31.350
80.000
80.000
169.100
66
Cuadro 16. Precio unitario excavación colectores.
($ marzo 1998, sin IVA).
PARTIDA
UNIDAD
CANTIDAD
Excavación colectores.
mA 3
1
DESIGNACION
ITEM I Sub - ítem
EXCAVACION
EN ESTRATA DE SUELO
EXCAVACION
EN ESTRATA DE RIPIO
MANO DE OBRA
Jornalero
Desgaste de herramientas
Leyes sociales
UNIDAD
CANT.
PRECIO
UNIT ($)
hr excavad.
0,01429
22.000
314
hr excavad.
0,02500
22.000
550
1.782
Jornada
%
%
0,2
5
57
5.500
PRECIO TOTAL
($)
Sub-Item
ITEM
55.000
2.750
31.350
Cuadro 17. Precio unitario retiro del material excavado.
($ marzo 1998, sin IVA).
PARTIDA
UNIDAD
CANTIDAD
Retiro del material excavado.
mA 3
1
DESIGNACION
ITEM I Sub - ítem
RETIRO
DEL SUELO EXCAVADO
RETIRO
DEL RIPIO EXCAVADO
ESPARCIMIENTO
SUELO y RIPIO
UNIDAD
CANT.
PRECIO
UNIT ($)
PRECIO TOTAL
($'
Sub-Item
hr.
camión tolva
hr.
Camión tolva
hr.
Buldozer
ITEM
0,02632
8.000
211
0,03125
8.000
250
0,01333
18.000
240
67
Cuadro 18. Precio unitario cercado de zanjas.
($ marzo 1998, sin IVA).
PARTIDA
UNIDAD
CANTIDAD
Cercado de zanjas.
Km.
1
DESIGNACION
ITEM / Sub - ítem
MATERIALES
Estacones
Alambre púa
Grampas 1 Y:z "
Pérdida de materiales
Transporte de materiales
MANO DE OBRA
Maestro semicalificado
Desgaste de Herramientas
Leyes Sociales
TOTAL COSTO DIRECTO
PRECIO
UNIT ($)
UNIDAD
CANT.
u
rollo 500 m
kg
%
gl
800
16
27
3
1.200
15.000
550
Jornada
%
%
100
5
57
7.000
PRECIO TOTAL
'$)
Sub-Item
ITEM
1.301.296
960.000
240.000
14.850
36.446
50.000
1.134.000
700.000
35.000
399.000
2.435.296
Finalmente, conociendo los precios unitarios y la cubicación del proyecto, se realiza
el cálculo del presupuesto total de construcción, que se presenta en el Cuadro 19.
68
Cuadro 19.
Presupuesto Total Construcción Proyecto
Drenaje para 1.595 ha de Suelos Ñadi.
($ Marzo 1998, Sin IVA).
DESIGNACION
ITEM I Sub - ítem
UNIDAD
CANT.
PRECIO
UNIT ($)
Macrored
PRECIO TOTAL
($
Sub-Item
ITEM
ql
INSTALACION DE FAENAS
AMPLlACION CAUCES NATURALES
Replanteo (1 topógrafo)
Limpieza categoría favorable
Limpieza categoría normal
Limpieza categoría severa
Excavación
gl
m2
m2
m2
m3
CONSTRUCCiÓN COLECTORES
Replanteo (1 topógrafo)
Roce, despeje y limpieza de faja
Excavación estrata de suelo
Excavación estrata de ripio
Jornalero para repase y terminación de la Sección
Retiro del suelo excavado
Retiro del ripio excavado
Esparcimiento del material excavado
Cercado
gl
km
m3
m3
m3
m3
m3
m3
km
de
500.000
88.247.293
2.670
137.044
105.026
118.787
1.500.000
38
49
70
611
1.500.000
101.460
6.715.156
7.351.820
72.578.857
10,984
15.064
19.389
861
22.596
25.206
47.802
10,984
1.500.000
169.100
314
550
1.782
211
250
240
2.435.296
1.500.000
1.857.394
4.730.096
10.663.950
1.534.881
4.767.756
6.301.425
11.472.408
26.749.291
69.577.202
SUB - TOTAL
158.324.495
GASTOS GENERALES E IMPREVISTOS
UTILIDADES
HONORARIOS ELABORACiÓN PROYECTO
HONORARIOS SUPERVISiÓN OBRAS
gl
gl
gl
ql
COSTO DEL PROYECTO
(valor de la U.F. al 05 de Marzo de 1998=$14.199,77)
2.000.000
15.000.000
8.000.000
2.000.000
TOTAL $ 185.324.495
13.051,23
TOTAL UF
8,18
UF I ha
15.2.3 Costos de construcción de drenes entubados.
En el Cuadro 20, se muestran los costos unitarios de las distintas faenas que deben
realizarse en la construcción de un sistema de drenes paralelos entubados, en el cual
no se ha considerado
gastos generales, imprevistos, utilidades ni impuestos y
considerando valores medios de proveedores, según un trabajo realizado por
Mourgues (1996). La citada tabla no incluye los costos de construcción de
estructuras.
Cuadro 20.
Costos de construcción de drenes entubados
69
Actividad y material
Topografía
Perfil longitudinal
Replanteo
Total
Excavación (terreno blando)
Retroexcavadora CASE 580H
Pensión operador
Petróleo
Flete combustible
Combustible
Jornalero
Leyes sociales
Total
Colocación tubos PVC
Tubo PVC 110 mm Drenapecc
Geotextil (Fisira G-20)
Jornalero
Leves sociales
Total
Cama de grava
Grava
Jornalero
Leves sociales
Total
Envolvente de grava
Grava
Jornalero
Leyes Sociales
Total
Relleno zanja s/compactar
Retroexcavadora
Pensión operador
Petróleo
Flete combustible
Combustible
Jornalero
Leyes sociales
Total
Cantidad
Unidad
1
1
1
0.08
0.09
0.64
30
0.028
0.08
55
1
1
0.5
0.048
55
1
1
0.25
55
1
1
0.25
55
1
0.045
0.09
0.8
20.0
0.028
0.08
55
Unitario $
km
km
60.000
50.000
-
-
m3
hr
It
%
It
día
%
m
m
m2
día
%
m3
m3
día
%0
m3
m3
día
%
m3
hr
I
%
I
día
%
8.000
5.000
145
250
2.500
1.372
470
2.500
Total $
60.000
50.000
110.000
640
450
93
19
7
200
110
1.519
-
1.372
235
120
66
1.793
5.000
2.500
-
5.000
625
344
5.969
5.000
2.500
-
5.000
265
344
5.969
8.000
5.000
145
360
450
116
23
7
200
110
1.266
-
250
2.500
-
Fuente: Mourgues, 1996.
15.2.4 Costos de construcción de obras de arte.
70
Las obras de arte más comunes en un sistema de drenaje son las cámaras de
inspección, conexión, filtración y las estructuras de salida. En el Cuadro 21 se indica
el costo de construcción de una cámara de inspección como la presentada en la
Fotografía 4.
Cuadro 21.
Costo de cámara de inspección en albañilería (*).
Materiales
Excavación (+20% esponjamiento)
Radier 225 kg c/m 3
Albañilería pandereta
Tapas madera raulí
Entrada y salida PVC 110
Total
Cantidad
2.2
0.07
10.3
1
1
Unidad
m3
m3
m2
Gl
m
Valor
Unitario
1.972
45.000
6.613
14.400
2.477
Valor
Total
4.338
3.150
68.114
14.400
2.477
72.479
(*) : Valores no incluyen: flete, mano de obra ni leyes sociales. Válidos julio 1997.
Fuente: Salgado,2000.
71
16. BIBLIOGRAFíA.
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73