drenaje y aguas subterraneas
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ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
Drenaje
El drenaje en Áreas de Irrigación y CimentacionesA) En áreas agrícolas y de cimentaciones, se presentan problemas de
drenaje, por exceso de agua en su medio, por tanto es necesario aplicar:
a) Drenaje horizontal y b) Drenaje vertical
POR QUE RAZONES SE DEBE DRENARa) Para eliminar excesos de aguas de inundaciones y riegos que saturan
los poros de los suelos. b) Exesos de agua de las intensas precipitaciones pluviales. Ej. La ceja de
selva y selva baja, en Chiclayo.c) Topografía adversa. Pendientes suaves o en casos negativos.d) Baja permeabilidad de suelos.
B) La EXCESIVA humedad influye en los suelos? Si
En que propiedades de los suelos?Estructura: La conformación – arquitectura de los suelos naturales compuesto por partículas de minerales y poros (vacios); se afecta por:a) Sales traídas por el desplazamiento del agua de gravedad y la subterránea, ocupan los poros.
b) Compactación: el paso de la maquinaria en la labores agrícolas u otras; provoca
alteración del suelo (consolidación), alterando el drenaje natural.
AEREACION: El exceso de agua – humedad, ocasiona disminución del contenido de aire (O2) del suelo. Rápidamente se consume el (O2) y se incrementa el CO2.
La falta de O2 en la zona radicular trastorna la fisiología de las plantas (raíces) dificultando la absorción normal de agua y las nutrientes; y en consecuencia disminuye la producción.
c) TexturaLa forma y disposición de granos de los suelos Ej. Las arcillas con áreas mal drenadas obedecen a que aguas con sedimentos en suspensión, geles; con velocidad nula, se depositan en él, alterando la textura del suelo original.Las obras de drenaje mejora la textura de suelos.
d) Permeabilidad
Capacidad de desplazamiento del agua a travès de los poros del suelo.Los agentes que modifican la textura, estructura (dígase salinización, maquinaria, geles u otros); tienen efecto sobre la permeabilidad.Ej. La degeneración de suelos con estructura arcillosa en suelos sódicos disminuye la permeabilidad.
e) TemperaturaLos suelos húmedos tardan más tiempo que los secos en calentarse por las siguientes razones:a) El agua tiene calor específico (05) cinco veces más que
los componentes sólidos de los suelos. Por tanto el calor específico de los suelos crece con el incremento de humedad.
b) La conductividad calorífica del agua es mayor que la del suelo. Los suelos húmedos transmiten mayor y mejor e calor que los secos.
c) La mayor evaporación de suelos húmedos, disminuye la temperatura. En consecuencia los suelos húmedos son fríos y los secos son calientes; y puede haber hasta 5° C de diferencia..
SALINIDADEn la gran mayoría de los casos, la salinidad de los suelos es consecuencia de drenaje deficiente.En terrenos (suelos) mal drenados, se acumulan las sales disueltas en el agua de riego, o de escorrentías; pudiendo salinizar la solución del suelo.
INFLUENCIA del mal drenaje en el desarrollo de los cultivos.La alteración que más efecto y perjuicio ocasiona a los cultivos, es la disminución de AIREACION; por efecto directo a la respiración de las raíces, y modificación de la actividad microbiana.
DRENAJELas propiedades de los suelos están relacionados directamente a su grado de drenaje; y a sus propiedades:a) Relaciones suelo-agua. Macroporosidadb) Permeabilidadc) Capilaridad
Retención de agua por el suelo pF
El suelo está constituido por tres fases:1. Sólida: Suelo o volumen de suelo, exento de aire y
agua2. Líquida: Se denomina agua del suelo o solución de
suelo3. Gaseosa: Ocupado por los POROS del suelo; es
decir el volumen no ocupado por la fase sólida.
N.F.Suelo noSaturado
Dren Porosidad agua
suelo
aire
impermeable
Suelo Saturadode agua
POROSIDAD
Volumen total de los poros (vanos) del sueloЄ = Porosidad
da = densidad aparentedr = densidad real
La porosidad de suelos varía entre 25% y 60%. En suelos orgánicos puede superar el 90%.
Є = 100 (1-
da)dr
Mecanismo1. Las partículas del suelo fase sólida, tienen la propiedad de ABSORVER humedad en
su superficie a modo de película que la envuelve, por fenómenos físicos de ADHESIÓN y de COHESION.
La ADHESION consiste en la atracción de moléculas de distinta naturaleza OH2, debido
a fuerzas eléctricas. Por éste proceso la fase sólida retiene enérgicamente una fina película de agua de solo tres o cuatro moléculas de espesor.
La COHESION, consiste en la atracción del agua adherida entre moléculas de la misma naturaleza, debido a fuerzas eléctricas de carácter DIPOLAR de las moléculas de agua. De ésta forma se acumula una segunda capa, rodeando las partículas sólidas, hasta un espesor de cientos de moléculas, retenidas más débilmente que los de la primera capa.
En el suelo la tensión de humedad puede alcanzar varios miles de centímetros máximo 107 cms, que corresponde a la ausencia total de agua (secado a 105° C)
La fuerza con que el agua es retenida por cada poro es función de su diámetro.Los poros pequeños retienen el agua con una fuerza mayor que los grandes.Relación pF Vs Ø de poro en Cms.
pF
=log 0.30
d
Estados de Humedad del suelo
1° Saturado: Cuando los poros del suelo están llenos de agua2° Drenado: El suelo saturado se drena, y el contenido de agua
comienza a descender, y los poros son ocupados de aire.El agua eliminada se denomina agua libre ó gravitacional (Au), no
retenida por el suelo.3° El drenaje continúa hasta que el suelo no pierde mas agua.
Aquí el suelo alcanzó su (Cc) capacidad de campo. Esta es la condición MAS FAVORABLE para el desarrollo de los cultivos. Las plantas encuentran agua que absorben las raíces, y suelo aireado O2
En el momento que acaba el drenaje rápido el suelo está con pF = 1.08Completado el drenaje total el suelo tiene pF 3.0 ó 1 atm; por tanto la
Cc es intermedia Cc = 2.4Cuando las raíces de plantas no pueden romper el agua retenida a
presión de 15 atm (15,000 cms), es difícil contrarrestar la presión de sección del sistema radicular de los cultivos.
Esta presión equivale a pF = 4.2 ó punto de marchitez. (Pm)
Valores pFTensión de Humedad
Estado At Cms pF Diámetro Equivalente de los POROS (MICRAS)
SaturaciónFin drenaje rápidoFin drenaje lentoCapacidad Campo CcHumedad Equivalente Punto de Marchitez
Pm
1
1/315
163
1000100-200
33315000
01.83
2-2.32.54.2
3,000503
30 – 159
0.2
Fernando Pizarro. 1978
Agua Útil Au = Es la cantidad de agua entre Cc y Pm. Es el agua que retiene el suelo y aprovecha las plantas.
Macroporosidad μ = Es el volumen en % de los poros del suelo ocupado por aire, cuando esté a capacidad de campo Cc. La macroporosidad (μ) se denomina también como:- Porosidad no capilar- Volumen drenable de poros- Porosidad efectiva μ = Є – Ccdondeμ = macroporosidad (tanto por uno)Є = Porosidad totalCc = Capacidad de campo Rápidamente se puede estimar µ con la expresión µ = √K dondeµ = macroporosidad %k = permeabilidad (cms/día) u otras unidades
Valores de Macroporosidad (Jhonson 1996)μ (en tanto por uno)
Material Límites MediaArcillaLimoArcillo arenosoArena finaArena mediaArena gruesaGrava finaGrava mediaGrava gruesa
1.– 0.150.03 – 0.190.03 – 0.120.10 – 0.320.15 – 0.320.20 – 0.350.17 – 0.350.13 – 0.260.12 – 0.26
0.020.080.070.210.260.270.250.230.22
La macroporosidad es una característica del suelo muy importante para el DRENAJE; por que representa la fracción del suelo que ocupa, y por la que se mueve el agua libre, es decir el agua que excede a la capacidad de campo Cc, y que se debe drenar. Considerando Vs el volumen de suelo de macroporosidad µVa Volumen ocupado por los macroporos será: Va = µ . Vs Por consiguiente el suelo saturado Vs será
Va = Poros ocupado por aguaµ = MacroporosidadVs = Volumen de suelo de macroporosidad µ
RELACION IMPORTANTE EN CALCULOS DE DRENAJEEn la práctica normalmente en vez de volúmenes se utilizan alturas de agua. Si en un suelo a Cc se infiltra una altura R de agua, el nivel freático se eleva (RECARGA) h, por tanto.
Vs =
Vaµ
h =Rµ
Ejemplos
1. Para suelos franco arcillosos
da densidad aparente = 1.53
dr densidad real = 2.54
Cc Capacidad de campo = 30.81 (Volumen)
Pm Punto de marchitez = 18.67 (Volumen)
Estimar Є porosidad
Ej. 1
µ = Є – Cc = 39.76 – 30.81 = 8.95 = 0.0895%
Є = 100 (1-
1.53) = 40 100 (1-0.602362) = 39.76
2.54
2. Ej.
da = 1.52
dr = 2.53
Cc = 30.83 (Volumen)
Pm = 18.69 (Volumen)
Є = 100 (1 - da)dr
Є = 100 (1 - 1.52) = 39.922.53
Ej 2.
µ = Є – Cc µ = 39.92 – 30.83 = 9.09 = 0.0909%
En ambos ejemplosA capacidad de campo Cc ocurre una lluvia torrencial e infiltra en el terreno 35 mm y 40 mm respectivamente el nivel freático se ELEVA. Caso 1
h =R
=35
= 391.06 mmµ 0.0895
Caso 2
h =40
= 440.04 mm0.0909
Para otro sueloSuelo arcillo arenosoCaso 1 Caso2da = 1.32 da = 1.36dr = 2.64 dr = 2.60Cc = 28.52 Vol Cc = 29.06Pm = 14.53 Vol Pm = 15.02 Llueve e infiltra 40 y 35 mm respectivamente.Є= 100 (1 - 1.32) Є = 100 (1 – 0.523)
2.64
Є – Cc = 50 – 28.52 = 0.21 Є = 47.69Infiltración 40 mm µ = 47.69 – 29.06 = 0.19
h =40
= 190.5 mm h =35
= 184.2 mm0.21 0.19
Agua ÚtilAu = Є – Cc1° 39.76 – 30.86 = 8.9 = 0.092° 39.92 – 30.83 = 9.09 = 0.0913° 50 – 28.52 = 0.214° 47.69 – 29.06 = 0.19
Para calcular del DRENAJE es necesario relacionar suelo y agua 1° Cc, Pm, µ son de constante aplicación en técnicas de Riego y
Drenaje2° Permiten determinar las dosis de riego y frecuencias de riego3° Permiten estimar / calcular la respuesta de los niveles freáticos
entre riegos, lluvias y otros factores de recarga del acuífero Ejemplos prácticos de formas usuales de expresar cantidades de agua en los cálculos de drenaje. Formas generales de expresarlesa) Volumen de agua por unidad de superficie: generalmente se
expresa m3/Hab) Altura de agua en mm1 mm = 10 m3 / Hac) Relación de caudal por unidad de superficie 1 mm / día = 0.1157 l/seg/Ha
EjemploDatos del suelo Ej. 1 Estimar infiltración, macroporosidad y elevación del freático Є = 48% R = (0.75 x Pp) = (0.75) (30mm) = 22.5 mmCc = 39% μ = Є – Cc = 0.48 – 0.39 = 0.09Pp = 30mm h =
R=
22.5 mm= 250 mmµ 0.09
Ej. 2
Є = 36% R = (0.75)(40) = 30 mmCc = 30% μ = Є – Cc = (36 – 30) = 6 = 0.060.09Pp = 40mm
h =30
= 500 mm0.06
Ej. 3 (a) Ej. (b) Є = 48% Cc = 42%Є = 52% Pp = 58 mm 40% Cc = 46% R = (0.75) (58) = 43.5 μ = 48-42=6=0.06 h=58-40=18/0.06=200mmPp = 60mm; pero el 25% se pierde por escorrentía superficial. Estando a capacidad de campo Cc, calcular la elevación del freático. R = (0.75) (60) = 45 mmμ = Є – Cc = 52 – 46 = 0.06
h =R (60-25)
=35
= 583.34 mm0.06 0.06
Ej. 4da = 1.5dr = 2.52Pm = 18%Au = 16Pp = 63 m
Є = 100 (1 - da = 100 (1 – 1.5/2.52) = 40%dr
Cc = Pm + Au = 18 + 16 = 34%μ = Є – Cc = 40 – 34 = 6 = 0.06
h =R
=63
= 1050 mmµ 0.06
CondiciónEl NF Del pozo está a 2.5 mSi el suelo está a Cc = 1.05Pp = 63 mm
h =63
= 1050 mm = 1.05 m0.06
El NE del pozo varía2.5 m – 1.05 = 1.45 mm
SEGUNDA PARTE
Cálculo del valor de la capilaridadLa velocidad del ascenso capilar depende:
a) Depende del tipo de suelob) Depende de la humedad del sueloc) De la profundidad del nivel freático Estos valores pueden ser establecidos por el cuadro siguiente: Condiciones OPTIMAS de humedad y evaporación (KOVDA 1961)
VELOCIDAD DE ASCENSO CAPILAR (mm/día)
Prof. Freática (cms)
Suelo Franco Arcilloso
Suelo Franco
S.Franco- Arenoso
Suelo Arenoso
25405075
100150200
10.04.02.51.00.50.2
Alta1031
Muy AltaMuy Alta
AltaAlta101-4
0.5-1.0
10.02.51.00.50.2
--
- Las velocidades de ascenso capilar más altos ocurre en suelos franco limosos
- Los suelos pesados (arcillosos) la velocidad es menor, la velocidad es menor, debido al mayor porcentaje de poros pequeños
- Los suelos arenosos con porosidad más uniforme; es motivo para que la velocidad de ascenso capilar disminuya rápidamente al aumentar la profundidad freática.
APORTE “G”Son los valores de velocidad de ascenso capilar desde el N.F.El APORTE de agua será a:1º Zona radicular2º A la superficie del suelo (terreno)3º A cualquier capa del suelo (G) Aporte (G) agua por capilaridad. Se calcula por DOS PERIODOS de tiempo1º Para un mes2º Para un año3º Entre dos riegos consecutivos
El valor “G” indicador de necesidades de lavado y del balance de salesG se mide en mm/añoG: Es el equivalente de la suma de dos componentes G1 + G2G1: Aporte capilar durante la temporada de riego (8 meses)G2: Aporte capilar durante la temporada sin riego (4 meses)
Calcular G1 con riegoSuelo FrancoCc = 32%Pm = 20%Prof. Radicular = 45 cms = 0.45 m. 35 cms.Prof. Media NE = 110 cms = 1.1 mCondición : Se riega cuando el Au (agua útil desciende a 2/3)
Con datos de campo y el cuadro VACEstado Humedad
% VolumenVAC (mm/día)
CcMomento Riego
PmSeco
3228200
---0.38---3
a) Estimar el AuAu = Cc – Pm = (32 – 28) = 12%
b) Humedad al momento de riegoPm + (2/3 Au)20 + (2/3 x 12) = 28
c) Cuando el suelo está a Cc la VAC es nulod) Cuando el suelo está seco, la VAC alcanza el valor máximo
NE a 110 cmsDist. Rad 45 cm/75cms . 35
e) Veamos en tabla de VAC para suelo Franco le corresponde VAC 3 mm / díaf) Cálculo del VAC al momento de riego:
1) La VAC es directamente proporcional a la humedad del suelo2) Interpolar Cc y suelo seco3) La VAC para momento de riego
3 – (3/32%) (28%) = 0.38 mm/día4) Por consiguiente la VAC, aumenta de 0 al término de riego a 0.38 mm/día, antes del
segundo riego.
0 + 0.38= 0.19 mm/día2
5) La VAC de 0.19 mm/día (velocidad media capilar) durante 8 meses de temporada de riego representa 8 meses = 240 días
G1 = (240) (0.19) = 45.6 mm
g) Estimar G2 VAC durante la temporada sin riego suelo Franco1º NE 135 cms2º Dist. NE a zona radicular 135 cms – 60 = 75 cms3º Según la tabla le corresponde VAC a 75 cms; 1mm/día4º Velocidad media 1/3 del valor máximo V. med=1/3 mm / día5º Cuatro (04) meses sin riego = 120 díasG2 = (120) (1/3) = 40 mm
h) La VAC de GG = G1 + G2G = 45.6 mm + 40 mmG = 85.6 mm/año
Cultivos para calcular GProfundidad Radicular
Clase A Clase B Clase CRed densa 40 cms
LechugaPimiento
MelónJudias
GuisantesRábanos
EspinacasPapasFresasGirasol
Red densa 60 cmsTrigo
CentenoAvena
CebadaMaizSorgoLino
AlgodónRemolacha
Caña de AzúcarCebolla
Red densa 90 cmsAlfalfaTrebol
ZanahoriaMelocotónManzano
OlivoVid
TERCERA PARTE
DRENAJE SUBTERRÁNEO
En proyectos hidroenergéticos e IRRIGACION, se debe efectuar dos sistemas principales de DRENAJE
1º Drenaje VerticalA través de la construcción de baterías de pozos tubulares de 5°, 80 a > de 100 m.l. de profundidad, para cumplir doble finalidada) Bombeo simultáneo de aguas subterráneas, para deprimir los niveles freáticos
de los suelos de intensa actividad agrícola.b) Ampliación de nuevos frentes agrícolas utilizando las aguas subterráneas
explotadas
2º Drenaje horizontala) Por galerías filtrantesb) Por drenaje superficial por canales – zanjas
Drenaje HorizontalPor galerías filtrantes
INSERCIÓN DE TUBOS filtrantes en los suelos:I. En suelos con riegos de régimen permanenteII. En suelos con riegos de régimen variableIII. En suelos con carga continua con percolación constante
En los tres casos el OBJETIVO es controlar la capa freática del acuífero.
NF
NF NF
Drenes enterrados
Pp LluviasCASO A
X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X
Movimiento del Agua SubterráneaHacia los drenes
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
Línea de flujo
Dren
N. F.h
CASO B
Estrato impermeable
N. F.
CASO C
a) La capa freática N.F. no es una superficie plana presenta una cierta curvatura; de tal forma que en la proximidades del DREN, el agua se encuentra a mayor profundidad que el punto medio entre los drenes. En consecuencia el terreno situado sobre el DREN se encuentra mejor saneado que el resto, así como hemos salinizado; y mayor productividad.
b) El movimiento del agua freática no sólo se desarrolla en la zona sobre el nivel de los drenes, si no también en la zona bajo los drenes.
Este flujo de agua subterránea del drenaje extrae sales de estratos situados por debajo de los drenes.
c) De encontrarse un estrato impermeable en la zona de recorrido de las líneas de flujo, éstas adoptan una forma paralela a dicho estrato.
FORMULAS DE DRENAJE
Estas fórmulas se emplean para el dimensionamiento de los sistemas de drenaje; que relacionan algunas características como ESPACIAMIENTO y PROFUNDIDAD con ciertas características de los suelos, cultivos.Estas características son:a) Permeabilidad (K)b) Espesor de los estratos (D)c) Macroporosidad óptima de la capa freática o velocidad
de descensod) Caudal de lluvia, riego u otro origen (R)
Las formulas de drenaje se pueden agrupar en:a) Formulas de régimen permanenteb) Fórmulas de régimen variable
h
HP K1
K2
L
R
D
Para REGIMEN PERMANENTESuponen que la capa freática se encuentra estabilizada; es decir la cantidad (caudal) de agua que la alimenta, es igual a la eliminación por los drenes.
Tal situación correspondería al caso de lluvias constantes durante un largo periodo de tiempo.
El régimen pluviométrico se caracteriza por la regularidad de las precipitaciones y por su baja intensidad.
Casos Holanda, Países bajos, Alemania y gran parte de los EE.UU.En países de lluvias torrenciales, estas formulas no son aplicables. Por consiguiente en casos es preferible el empleo de fórmulas de régimen variables que implica alimentación irregular del freático y en consecuencia variación del mismo.
En el caso de régimen permanente se puede considerar lo siguiente:s) Caudal a eliminarb) Profundidad a que se estabiliza la capa freática
a) En época de RIEGO“N” días después de aplicado el riegop descenso de la napa freática hasta una profundidad (medible)Se usa N = 3 días; en casos son más adecuados los valores N = 4 ó N = 2 días p en la mayor parte pertenece a N = 3 días
Cultivos p (metros)- Pastos (1)• Suelos de textura fina 0.70• Suelos arenosos 0.50
- Hortalizas 0.5 – 0.8• Cultivos extensivos 0.9 – 1.20• Frutales 1.5
(1) para N = 4 días
b) En época de lluviasCriterioPor (Pp) lluvias, la capa freática se eleva hasta una profundidad “p” medido desde superficie del suelo, con frecuencia “N” veces / año.
Para el año se acostumbra a utilizar el valor N = 5 veces / añoValores “p”
Días después deLluvias Clase A Clase B Clase C
0123
0.300.500.700.80
0.500.801.001.10
0.901.101.301.40
Clase A : Pastos y hortalizasClase B: Cultivos extensivosClase C: Frutales
Regimen Permanente
Fórmulas:a) Hooghoudtb) Ernest
Fórmula general Hooghoudt
L2 =8 K2 h d
+4 k1 h2
R RSiendoL = Espaciamiento entre drenes (m)R = Percolación (m/día)K1 = Permeabilidad del estrato situado encima de los drenes
(m/día)K2 = Permeabilidad del estrato, situado bajo los drenes (m/día)h = Altura de la capa freática en su punto medio, respecto del nivel
de los drenes (m)d = Espesor equivalente de Hooghoudt que depende de L, D y rr = Radio de drenes
El primer sumando se refiere al movimiento por debajo de
los drenes y el segundo 4 K1 h2/ al movimiento por ENCIMA
Para comprender mejor (intuitivo)
8 K2 h d
R
R =8 K2 h d
+4 k1 h2
L2 L2
1° R Se puede descomponer en DOS componentes Caudal transportado por debajo de los drenes
2° El caudal transportado por encima de los drenes, con un valor
8 K2 h d
L2
4 K1 h2
L2
Aplicando la fórmula puede ocurrir o presentarse (2) dos casos siguientesa) Sólo un estrato K1 =K2, la fórmula es
L2 =4 K h (2 d + h)
R
K
Capa impermeable
b) Dos estratos sobre una capa impermeable; con drenes en la superficie de separación de estratos.
Capa permeable
K1
K2
En este caso se aplica la fórmula
L2 =8 K2 h d
+4 K1 h2
R R
c) Dos estratos sobre la capa impermeable, con los drenes situados en el estrato profundo
Se aplica L2 =
8 K2 h d+
4 K1 h2
R R
Capa Imp.
K2
K1
d) Dos estratos sobre la capa impermeable, con los drenes situados en el estrato superior.
Se aplica Hooghoudt.
Capa Imp.
K2
K1
En general con ésta fórmula (como todas la de drenaje) se pretende calcular el espaciamiento “L” entre drenes.dondeh = H – p diferencia entre profundidad de drenes H, y la profundidad óptima de la capa freática.
Significado “d”d = espesor equivalente Hooghoudt Se considera el movimiento del agua debajo del dren
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXK1
K2
0.7 D 0.7 D
Drenaje1. Vertical: Por pozos tubulares2. Horizontal: a) Canales (zanjeo) b) Tubos filtrantes (galerías)
Drenaje HorizontalObjetivos: a) Drenar suelos con régimen riegos permanentes
b) Drenar suelos con riegos variablec) Drenar suelos con riegos de carga continua con
percolación constante.Todos los tres casos: controlar la capa freática del acuífero.
1. La capa freática es CURVA2. El mov. del agua subt., se mueve solo encima de la línea de DRENES, si no
por debajo y extrae sales por debajo de los drenes.3. El flujo de aguas subt. de encontrar un impermeable, adopta recorrido
paralelo.
h
K1
R
D K2
ImpermeableL
Hp
Formula de DRENAJESe utilizan para el dimensionamiento de sistemas de drenaje, relacionando ESPACIAMIENTO y PROFUNDIDAD
Característicasa) Permeabilidad (K) b) Espesor de estratos (D)c) Macroporosidad μ y velocidad de descensod) PP lluvias y riegos (R)
Las formulas de drenaje se agrupan en:1. Formulas de régimen permanente2. Formulas de régimen variable
En régimen permanentea) El N.F. se supone estabilizado; agua que infiltra es igual a
eliminaciónb) Caudal a eliminar
Condiciones1. En época de Riego
“N” nº de días después de aplicado el Riego o la recarga puede ser N = 2, N = 3, N = 4 días. Se estima N = 3 días. Para N = 3 días.Cultivos p (metros)Pastos (1)Suelos de textura fina 0.7Suelos arenosos 0.5Hortalizas (2) 0.5 – 0.8Cultivos extensivos 0.9 – 1.2Frutales 1.5
EjemplosEj. Nº 01 2 3
DatosK1 = 0.25 m/dK2 = 1.50 m/dH = 1.20D = 2.0 mp = 0.8 m
K1 = 0.22 m/dK2 = 1.45 m/dH = 1.30D = 1.8 mp = 0.7 m
K1 = 0.30 m/dK2 = 1.6 m/dH = 1.4 m/dD = 2.1 mp = 0.9 m
p = profundidad óptima de la capa freáticaR = 15 mm/d = 0.015 m/d R = 20 mm/d R = 25 mm/dr = 5 cms = 0.05 m r = 6 cm = 0.06 r = 9 cm = 0.09 cmr = radio de los drenesh = ? 1.2 – 0.8 = 0.4 m h = ? 1.3 – 0.7 = 0.6 m h = ? 1.4 – 0.9 = 0.5 m
SoluciónPasos1° Por tanteo
Se parte de un espaciamiento L = 40 m
2° Para estimar “d”, usar fórmulas; o los ABACOS para L = 40 r = 0.05 m y D = 2 m d = 1.55 m
3°
4° L2 = 402 = 1600 m2
5°
L2 =8 K2 h d
+4 K1 h2
R R
8 K2 h d+
4 K1 h2
=(8) (1.5 m/d) (0.40 m) (1.55 m)
R R 0.015 m/d
= 496 + 10.67 = 506 m2
=(4) (0.25 m/d) (0.4 m)
= 10.670.015 m/d
:. 506 m2 « 1600 m2
6° Tantear hasta que 1er m Ξ 2do mL = 15 md = (L=15), D = 2m r = 0.05 md = 1.11 m
7° L2 = 152 = 225 m2
355.2 + 10.66 = 365 m2
215 m2 < 365 m2
8° L2 = 202 = 400 m2
d = (L=20), D = 2m r = 0.05 md = 1.25 m
400 + 10.6 = 410 m2
400 m2 Ξ 410 m2
:. El espaciamiento de tubos es L = 20 m
8 K2 h d+
4 K1 h2
=(8) (1.5) (0.4) (1.11)
+(4) (0.25) (0.4)2
R R 0.015 0.015
8 K2 h d+
4 K1 h2
=(8) (1.5) (1.25) (0.4)
+(4) (0.25) (0.4)2
R R 0.015 0.015
9° Calcular el caudal eliminado a) Por encima del drenb) Por debajo del dren
10° Caudal eliminado por ENCIMA (K1)
FORMULA
= 0.4 mm/d
11° Por DEBAJO del dren
R1 + R2 = 0.4 mm/d + 15 mm/d = 15.4 mm/d
R =8 K2 h d
+4 K1 h2
L2 L2
R1 =(4) (0.25) (0.4)2
= 0.0004 m/d (20)2
R2 =(8) (1.5) (0.4) (1.25)
= 0.015 m/d (20)2
Ej. N° 02Para estimar el efecto de variación de la profundidad de los drenes sobre su espaciamiento. Caso
4.0 K
K = 1.8 m/dR = 0.012 m/dP = 0.8 mr = 0.05 mProfundidad de capa impermeableD = 4 m
c. Imp
a) Calcular el ESPACIAMIENTO de drenes en dos casos.1. Cuando la profundidad de los drenes H = 1.2 m2. Cuando la profundidad de los drenes H = 1.50
Paso 1.FORMULA para el caso
Paso 2.Calculo de h = H – p = 1.20 m – 0.80 m = 0.4 m Paso 3.Calculo D = 4 m – H = 4m – 1.20 m = 2.80 m
L2 =4 K h
(2d + h)R
Paso 4.Para L = 40 m
L2 = 402 = 1600 m2
(1.52) = 242 m2
1600 m2 » 242 m2
Para L = 20 L2 = 400 m2
400 m2 < 720 m2
L = 30L2 = 900 m2
(240) (3.56) 900 m2 Ξ 912 m2
(4) (1.8m/d) (0.4 m)(2) (1.9) + 0.40.012 m/d
(4) (1.8) (0.4)(2) (1.3) + 0.40.012
(4) (1.8) (0.4) K h(2 x 1.58) + (0.4)0.012
Cuando los drenes se ponen a H = 1.50 h = H – P 1.5 m – 0.8 m = 0.70 mD = 4 m – H = 4 – 1.5 = 2.5 mD = 2.5 m
Para L = 40L2 = 1600 m2
(420) (4.06) = 1705 m2
1600 m2 « 1705 m2
L = 30L2 = 900
(420) (3.72) = 1562 m2
900 m2 < 15621225 m2
(4) (1.8) (0.7)(2 x 1.68) + 0.70.012
(4) (1.8) (0.7)(2 x 1.51) + 0.70.012
CUARTA PARTE
Físico Química de Suelos SalinosAntes de entrar en El estudio de las propiedades físico químicas de los suelos salinos, es necesario recordar algunos conceptos que serán de constante aplicacióna) p.p.m. = Partes por millón en peso de la sustancia en
solución+b) p.p.m. = mgr/l
1) Ej. En / lt de agua hay disueltos 52) gr de clna (halita)3) 1 lt = 1,000 gr4) Por tanto 5 gr/l = 5000 mg/l = 5000 p.p.m
c) P.e = Peso equivalente o simplemente equivalentes de una sustancia (elemento, ión, sal) es el peso en gramos de esa sustancia que se combina o se reemplaza a 1 gr. De Hidrógeno.
P.e. = Es igual al peso atómico o peso molecular del ión, dividido por su valencia.
Ejemplos1) Ca Peso atómico = 40.08 gr
Valencia = 2P.e = 40.08/2 = 20.04 gr
2) SO4 Peso molecular = 96.06Valencia = 2P.e. = 96.06/2 = 48.03 gr
3) ClNa Peso molecular = 58.45 grValencia = 1P.e. = 58.45/1 = 58.45 gr
d) meq miliequivalente = milésima parte de un equivalentemeq / l = número de meq de una sustancia disueltos en un 1 litro de
soluciónmeq / l = eq/millón (n° de equivalente disuelto en 1 millón de
solución expresado en peso
La relación p.p.m.= m e q / lP.e
Solubilidad de Salesa) A mayor concentración salina de la solución del suelo; mayor su
efecto en los cultivos e infraestructura.b) Las sales más nocivas son las que tienen ELEVADA
SOLUBILIDADc) Las sales poco solubles precipitan antes de alcanzar niveles
perjudiciales.d) La solubilidad varía con la temperatura.
CO3HNa2
SO4K2
SO4Na2
ClNa
CO3Na2
°C+80+60+40+20-40 -20 0
100
200
300
400
500
600
1) En líneas generales la solubilidad disminuye cuando la temperatura disminuye. Este comportamiento afecta en los lavados que pierden efectividad en épocas frías o en zonas frías.
2) En soluciones complejas, la presencia de sales con iones comunes, disminuye la solubilidad de las sales. En contrario cuando los iones son diferentes suele aumentar el nivel de solubilidad de la sal menos soluble.
Ejemplo1. La solubilidad del yeso es 2.04 g/l en ausencia de
ClNa2. La solubilidad del yeso se eleva a 7.09 h/l cuando
hay 358 g/l de ClNa.
Sales más ImportantesLas (03) tres sales más importantes en relación con los suelos salinos son:
1) Sulfato magnésico SO4 Mg
a) Componente típico de suelos salinosb) Existe también en aguas subterráneasc) Existe en lagos salinizadod) Elevada solubilidad 262 g/l; lo que la convierte en una de las sales más
perjudiciales.
2) Sulfato Sódico SO4Na2
a) Componente típico de suelos salinosb) Presente también en aguas subterráneasc) Presente en lagos salineadosd) Toxicidad (02) dos a (03) tres veces, menor que la del sulfato magnésico SO4Mg
e) Su solubilidad varía con la temperaturaKOVDA
Temp °C Solubilidad en g/l0
1020304050
4590
185373430415
Proceso1) En estación cálida (verano) el SO4Na2 sube por capilaridad a la
superficie de los suelos, junto con las demás sales solubles.2) Cuando baja la temperatura, disminuye la solubilidad y precipita
(la sal) en forma de mirabalita SO4Na2 . 10 OH2 que no es lavada
por lluvias, a diferencia de otras sales.3) En la siguiente estación calida la mirabalita se deshidrata,
formando un polvo blancuzco de tenardita SO4Na2
4) Al descender la temperatura se forma otra vez grandes cristales transparentes de mirabalita que separan las partículas del suelo, dándole apariencia esponjosa.
5) Los suelos con abundancia de SO4Na2 acumulan esta sal en
superficie, la que se hace fofa; cuando se camina sobre el pie hunde unos centímetros.
6) Para lavar estas sales de los suelos se requiere grandes cantidades de agua; y debe hacerse en estación cálida.
Cloruro de Sodio ClNaa) Es la sal más frecuente en los suelos junto a los sulfatos de Na
y Mgb) La toxicidad en las plantas es muy alta con 0.1% las plantas se
resientenc) La solubilidad llega a 3/8 q/l y no varía con la temperaturad) Con 2 a 5% (2 a 5 %) los suelos se vuelven improductivose) El lavado de Cl Na es muy fácil en suelos con yeso (caso
común)f) En suelos sin yeso, el lavado de ClNa, puede ser más difícil, por
el intercambio iónicog) Se encuentra con frecuencia en suelos y aguash) La solubilidad es muy elevada, variando mucho con la
temperaturai) Como resultado de la hidrólisis provoca fuerte alcalinidad en el
medio hasta PH = 12j) En suelos en cantidades de 0.05 a 0.1% ocasiona desagregación
de arcillas, con pérdida de estructura y permeabilidad
Carbonato Sódico
Solubilidad KOVDASolubilidad en gr/l
Temp °C CO3NA2 CO3HNA2
01020304050
70122213371441429
688093
107121137
k) En suelos desérticos y semidesérticos abunda el yeso SO4Ca, y
ésta sal reacciona con el carbonato de sodio; y reaccionan de la siguiente forma:
CO3Na2 + SO4Ca → CO3Ca + SO4Na2
Cloruro Magnésico Cl2Mg
Característicasa) Elevada solubilidad 353 g/l; es una de las sales más perjudiciales a los suelos,
infraestructura a la plantas.b) Se encuentra en suelos salinos, aguas freáticas (subterráneas), lagos
salinizadosc) Se forma así
El ClNa sube por capilaridad al suelo.X = Mg + 2ClNa → Na – X – Na + Cl2Mg
d) El Cl2Mg es muy higroscópico al igual que el Cl2Ca cloruro cálcico
e) Presentan color oscuro, por ser suelos sódicos negros (solonchack estepas de Rusia)
Otros suelos salinosCarbonato cálcico y carbonato magnésicoEl CO3Ca carbonato cálcico
1) Sal poco soluble 0.0131 g/l, por lo que no es no nociva a las plantas.2) Por capilaridad las aguas subterráneas calcáreas, suben a la superficie de los
suelos; y se exponen a evaporación del agua (OH2); quedan grandes
cantidades de CO3Ca en los suelos a veces constituyen el 80% formando
horizontes fuertemente cementados impermeables e impenetrables a las plantas (raíces).
El CO3Mg carbonato magnésico
1) Es núcleo más soluble que el CO3Ca
2) Rara vez ocurre concentraciones de CO3Mg en los
suelos, por el proceso de adsorción del Mg por las arcillas.
Se presentan juntos el CO3Ca y el CO3Mg
3) En conjunto la solubilidad es de 10 mlq/l
Yeso SO4 Ca
1) El sulfato cálcico precipita formando yeso (SO4 Ca
2OH2)
2) La solubilidad del SO4 Ca es baja 2.04 g/l, por
consiguiente no perjudica a las plantas3) El yeso SO4 Ca se utiliza como enmienda química
en recuperación de suelos sódicos
Cloruro Potásico Cl K
1) Parecido al ClNa2) El K es consumido por los organismos y
absorbido irreversiblemente por las arcillas (las deteriora estructuralmente)
Nitratos NO3
1) Son sales de muy elevada solubilidad 686 g/l el NO3Na a 20°C
279 g/l el NO3K a 20°C
2) No se acumulan en grandes cantidades en los suelos; rara vez superan 0.05%
3) Son más tóxicos que los cloruros4) En desiertos áridos (Chile, Perú, India, Asia Central y
Arabia) han producido depósitos de nitratos que a veces llegan al 50%.
En éstos suelos los cultivos son inexistentes.
Conductividad Eléctrica CEEs una forma de expresa la salinidad de una solución. En otras palabras es la cantidad de sales disueltas en un volumen de solución.Unidad de medida g/lt.
Una solución conduce la electricidad tanto mejor, tanto mayor sea su concentración en sales. Por ésta razón se mide la salinidad de una solución por medio de su conductividad eléctrica.
Unidad de medida1/ohm x 1/cmLa inversa de 1/ohm se denomina mho
CE = mho /cm
Divisores del mho / cma) Milimos / cm (mmho / cm) = A la milésima de 1 mho/cmb) 1 mmho / cm = 10-3 mho / cmc) Un micro mho / cm = µ mho / cm
1 µ mho / cm = 10-6 mho / cm
CONDUCTIVIDAD ELECTRICA DE AGUAS
C E a 25°CAgua de lluviaAgua media de ríosAgua del mar medit.Agua de riego de salinidad Med.
0.15 m mhos/cm0.2 a 0.4 m mhos/cm63 m mhos/cm0.75 a 2.25 m mhos/cm
El procedimiento de medir la CEe de un suelo, consiste en tomar una muestra de suelo, añadir agua destilada hasta la saturación del suelo; luego extraer el agua de la solución (pasta) mediante succión a través de un filtro, que no deje pasar partículas del suelo. En el agua se mide la CE y éste es el valor que toma como índice de salinidad del suelo.
En la práctica se puede además medirla tomando conocimiento de (E) porosidad del suelo; (Cc) capacidad de campo y (Pm) punto de marchitez; y con cuyos valores de campo se puede estimar los límites de salinidad.
Ejemplos para suelos CEe = 2 m mhos / cm1.Para suelos Cl (arcillosos)
E = 44%CEe = 2
E= 2
44= 2.44 mmhos/cmCc = 36% Cc 36
Pm = 22%
CEe = 2E
= 244
= 2.0 mmhos/cmPm 22
2. Para suelos arenosos
E = 39%CEe = 2
39= 4.9 mmhos/cmCc = 16% 16
Pm = 12%
CEe = 239
= 6.5 mmhos/cm12
Por consiguienteLas sales o salinidad de (suelos) solución del suelo arcilloso es menor que en los arenosos y varía entre 2.44 a 4.0 mmhos / cm; mientras que en los suelos arenosos varía de 4.9 a 6.5 mmhos/cm.
CE Conductividad Eléctrica ocasionada por las distintas sales.
A partir de la solubilidad de las sales y la RELACION CE = meq/l se tiene la tabla siguiente:
CE MAXIMA DEBIDA A DISTINTAS SALES
SAL(1)
Pe (gr)(2)
S o l u b i l i d a d m á x i m a
gr/l (3) meq / l (4) CE mmohs/cm (5)
CO4MgSO4Na2
SO4CaClNaCl2MgCO3Na2
CO3HNaCO3CaCO3Mg
60.1971.0368.0758.4547.6253.0042.01
-
262430
2.04318353441137
-
43526054 305440741383203261
10
363504
2.5453618693272
0.8
Conclusiones1) Todas las sales muy solubles, pueden constituir soluciones de altísima C.E.2) Caso máximo es el CO3Na2 con 693 mmhos/cm
3) El yeso SO4Ca solo provoca una C.E. de 2.5 mmhos/cm. Cuando el yeso
aumenta por encima de la concentración de 2.4 g/l PRECIPITA, por lo que la solución nunca supera 2.5 mmhos/cm
4) Igual ocurre con el CO3Ca – CO3Mg cuya solución solo puede superar la CE de
0.8 mmhos/cm5) Estos hechos de sales con conductividades límites, con valores frecuentes en los
suelos tienen mucha importancia para el balance de sales y lavado de suelos con CO3Ca, CO3Mg y SO4Ca
CE =meq/l
12Un rio x Aniones (meq / l) Cationes (meq / l)
Cl- 54.8CO3 = 0.4CO3 H- 6.5SO4 = 5.6Total 67.3
Ca++ 9.4Mg++ 11.4Na 47.3K+ 0.4 68.5
CE =Cationes (meq/l)
=68.5
= 5.71 mmhos/cm12 12
Mediciones de campo CE = 5.90 mmhos/cm
Sales1) Cloruro de solido ClNa2) Carbonato de sodio (sódico) CO3Na2
3) Cloruro magnésico Cl2Mg
4) Carbonato cálcico CO3Ca
5) Carbonato magnésico CO3Mg
6) Yeso SO4Ca
7) Cloruro de potasio ClK8) Nitratos NO3
NO3Na a 20°C solubilidad 686 g/l
NO3K a 20°C solubilidad 279 g/l
Sales mas agresivas1 Sulfato de Mg SO4Mg
2 Sulfato sódico SO4Na2
3 Cloruro de sódio ClNa
TECNICAS DE RECUPERACION DE SUELOS SALINOS
A) MEJORADORES QUIMICOS• Yeso SO4Ca• Cloruro cálcico Cl2Ca• Azufre S• Polisulfuro de calcio• Acido sulfúrico• Sulfatos de fierro y aluminio• Caliza CO3Ca• Residuos industriales• Dosis de mejoradores
B) TECNICAS AUXILIARES1) Técnicas Mecánicas• Arados profundos• Subsolados• Mezclas con arena• Inversión de perfiles
2) Técnicas Biológicas• Abandonamientos Orgánicos
3) Técnicas Eléctricas
En los procesos de recuperar suelos salinos se utilizan varias técnicas:1. Lavado de sales2. Mejoradores químicos3. Técnicas auxiliares
De las tres técnicas, actualmente el procedimiento práctico de extraer sales de los suelos es por LAVADO; pasando por los suelos con sales, un cierto volumen de agua que arrastre las sales existentes; y evidentemente debe sumarse el drenaje subterráneo de aguas. Esta técnica se aplica con eficiencia en suelos salinos no sódicos; por que las sales disueltas en la solución del suelo, son fácilmente arrastrados por el agua de lavado.En suelos sódicos, el sodio se encuentra retenido por el complejo de cambio por enlaces químicos; y el paso del agua no es suficiente para romper los enlaces. En éste caso el (Na) sodio se libera mediante la adición de sustancias que aporten calcio. Ej, SO4Ca (yeso).
El Ca desplaza al Na de sus enlaces químicos y lo deja a disposición de ser lavado.
MEJORADORES QUIMICOSSales solublesYeso SO4Ca
Cloruro cálcico Cl2Ca
Yeso SO4Ca
Es el mejorador químico más utilizado por su bajo precio, se sustituye el Na combinado con el suelos, mediante la reacción siguiente:Suelo Na2 + SO4Ca = Suelo Ca + SO4Na2
El SO4Ca puede ser lavado con corriente de agua.
El SO4Ca yeso, tiene reducida solubilidad a temperaturas normales 2 g/l, valor que incrementa en
presencia de iones Na y Cl en el agua.
La eficiencia del yeso SO4Ca depende del tamaño de partículas; los mejores resultados se obtienen
con el yeso molido que para la malla 10 y retenido en la malla 40; aplicado en 90 a 120 cms de agua; éste disuelve de 10 a 12 ton / Ha de yeso agrícola; del que 85% pasa por el tamiz 10.
La aplicación se efectúa directamente al suelo por “voleo”; o añadirlo en el agua de riego; y después se incorpora al suelo con discos o arado.
Aplicado el yeso al suelo, es conveniente lavar el suelo para que el mejorador se distribuya en profundidad.Esta prácticas es aplicable a todos los mejoradores exepto el “S” azufre.En E.U. estado de Fresno, lograron mejorar suelos con Na utilizando 25, 30 a 37.5 ton/Ha, combinado con lavados de agua.
CLORURO CALCICO Cl2Ca
El Cl2Ca es altamente soluble 427 g/l a 20°C; y de
efectos muy rápidos y con gran eficiencia.
La limitante son los altos costos del Cl2Ca.
En el suelo se produce la siguiente reacción.Suelo Na2 + Cl2Ca suelo Ca + 2ClNa
El ClNa sal común es lavable con agua corriente.
Investigadores como RAIKOV, KAVARDZHIEV y VARBANOVA realizaron ensayos cuyos resultados podemos observar.
% de Producción respecto a una parcela no tratadaCl2Ca Cloruro Cálcico Yeso SO4Ca
Año 26 ton/ha 13 ton/Ha 40 ton/ha 20 ton /ha
1961196219631964196519661967196819691970
870700740230320500270140200420
640420450200180330220120170410
230510920230290630230120180390
170240
1020200280290150120130390
AZUFRE SEs un mejorador químico muy utilizado, por sus bajos preciosSigue un proceso y experimenta en el suelo aplicado, algunas transformaciones siguientes:
S2 + 3O2 2SO3 (oxidación microbiológica)
SO3 + OH2 SO4H2
SO4H2 + CO3Ca SO4Ca + CO2 + OH2 Suelo Na2 + SO4Ca SO4Na2 + Suelo Ca En la primera reacción el S es oxidado por acción microbiana, hasta formar SO4H2.El S se agrega al suelo en granulometría fina (malla 40 a 80).Si se aplica 2.4 ton/Ha el (S) fino se oxida totalmente en tres (03) semanas; en otros casos demora un año en oxidarse el S, por tanto es mejorador lento.Los suelos que han recibido S no deben ser lavados, hasta después de corto tiempo, para lograr que se oxide, pero debe mantenerse el suelo húmedo para lograr la acidez del suelo.
Acido Sulfúrico SO4H2
Es un mejorador de acción muy rápida, que en presencia de carbonatos alcalino terreos sobre todo la caliza da la reacción siguiente:
SO4H2 + CO3Ca SO4Ca + CO2 + OH2 Suelos Na2 + SO4Ca SO4Na2 + Suelo CaLos costos en tanto más elevados que el yeso y el S, está dentro de lo aceptable; y de hecho da mejora de suelos sódicos con SO4H2 en práctica común en el estado de California de E.U. y Armenia en la Rusia.En armenia se aplica el SO4H2 en solución al 1%, seguido de fuertes lavados 15,000 a 30,000 m3/Ha con drenaje subterráneo.
Sulfatos de Fierro.Los sulfatos de Fe, hidrolizan en el suelo fácilmente, generando SO4H2. En el caso del SO4Fe la reacción es la siguiente: SO4Fe + OH2 SO4H2 + FeO
SO4H2 + CO3Ca SO4Ca + CO2 + OH2 Suelo Na2 + SO4Ca SO4Na2 lavable
+ Suelo CaMejoradores de acción rápida y ………… el suelo.
CALIZA CO3Ca
Puede ser el mejorador químico muy barato, utilizando los carbonatos propios del sueloLa reacción es la siguiente:Suelo Na2 + CO3Ca Suelo Ca + CO3Na2
Suelo Na + HOH Suelo H + Na OH Suelo H + CO3Ca Suelo 2Ca + CO2 + OH2
La eficiencia del CO3Ca depende de la solubilidad que normalmente es muy baja; pero que incrementa con presencia de CO2, y el dismin….. el PH
KELLEY, BROWN (1990)PH de la solución
saturada de CO3caSolubilidad del CO3Ca (meq/l)
6.216.507.127.858.609.20
10.12
19.314.47.12.71.1
0.820.36
Por lo tanto la caliza se puede usar en suelos de PH inferior a 7.5 en ausencia de alcalino terreos.Ej. En Hungría son frecuentes los suelos con un alto Ps1 y con alto contenido de Hidrogeno intercambiables por lo que su reacción es ácida. En Ps1 porcentaje de Na intercambiable Estos suelos se ha utilizado con éxito la caliza.
La eficiencia del CO3Ca como mejorador se eleva por cualquier procedimiento que aumente el contenido de CO2 y disminuya el PH
RESIDUOS INDUSTRIALESAlgunos productos industriales pueden actuar como mejoradores; bien por que sean acidificadores o por que aporten calcio (Ca) o ambas a la vez.
Entre los sub productos más utilizados son:a) Espuma de azucarería
ComposiciónCO3Ca 35 – 45 %MO (mat. Orgánica) 5 – 15 %Agua 40 – 45 %
- Las espumas aportan CO3Ca en forma de precipitado muy finos, fácilmente
solubles.- El contenido de MO colabora en la mejora química- Dosis ….. 10 a 12 ton/Ha
b) Cal residual de la fabricación del acetileno
MEJORADOR ADECUADO PARA CADA TIPO DE SUELO
Los suelos se pueden reunir en los siguientes tipos (tres) suelos:1º Suelos que contienen carbonatos alcalino terreos2º Suelos prácticamente libres de carbonatos alcalino
terreos y PH > 7.53º Suelos prácticamente libres de carbonatos alcalino
terreos y PH < 7.5
CUADRO DEMOSTRATIVO
Mejorador Suelo
- Yeso- Cl2Ca- Azufre- Polisulfuro de Ca- SO4H2
- Sulfato de Fe y Al- Caliza- Espumas de azucarería
1°∆∆
M∆M∆M∆M∆
II
2°∆∆∆∆∆∆
PUPU
3°∆∆
∆R∆R∆R∆R∆∆
∆ = AdecuadoM∆ = Muy adecuado∆R = Adecuado con restricciones. Experimentar el mejorador,
midiendo la acidezI = InútilPU = Poco Útil
Dosis necesaria de los distintos mejoradores para una capa de suelo de 0.30 m. de profundidad.
Mejorador Dt Dp
YesoCl2Ca – 2OH2
AzufreSO4H2
Sulfato de FeSulfato de AlCaliza
Kg/Ha17.5
14.853.259.97
28.2722.5810.17
Kg/Ha21.8616.334.07
10.9631.1024.8312.71
Dt = Dosis teóricaDp = Dosis práctica
TECNICAS AUXILIARES
Las técnicas auxiliares mejoran alguna propiedad del suelo que afecta a la eficiencia del lavado; o de los mejoradores químicos.a) Con frecuencia se mejora la K permeabilidadb) Text., estructura
TECNICAS1º Técnicas mecánicas2º Técnicas biológicas3º Técnicas eléctricas
1º Técnicas Mecánicasa) Por arados profundos
Alcanzan de 0.4 a 1.5 m de profundidadHomogenizan los suelosLos arados profundos logran éxito en suelos superficiales con exceso de Na; y en profundidad existe SO4Ca
b) SUBSOLADOSLos subsoladores rompen las capas impermeables, mejorando la K del suelo. Efecto limitado 1 a 2 años.
c) MEZCLAS CON ARENALa adición y mezcla de arena a capas de suelos de textura fina, mejora la K y penetración de las raíces; y mejora propiedades de transmisión del agua.Dosis recomendable 700 a 1000 TM/Hc
d) INVERSORES DE PERFILESConsiste en enterrar un perfil no deseable, sustituyéndolo con material profundo del mismo suelo.
2º Técnicas BiológicasAgregar MO como estiércol se logra:1. Mejorar la estructura y el K2. Libera CO2, aumentando la solubilidad del
CO3Ca4
3º Técnicas EléctricasSe encuentran en fase experimental.El tratamiento es con corriente eléctrica; el que recupera los suelos salino – sódicos.Experiencia en MONTANA USA .La aplicación de corriente eléctrica, elevó la salinidad del agua de los drenes de 1,500 p.p.m. a 37,000 p.p.m.
QUINTA PARTE
DRENAJE SUPERFICIAL
Parte de la lluvia y riego, no INFILTRA en el terreno, si no corre sobre superficie hasta alcanzar un cauce que la elimina de la zona.
El drenaje natural de aguas superficiales puede mejorarse por medio de OBRAS COMO:a) Nivelaciones (de terreno)b) Construcción de red de desagües
CAUDAL A ELIMINAREn terrenos de regadío con drenes subterráneos el CAUDAL A ELIMINAR por DESAGÜES superficiales, tienen las procedencias siguientes:1. Pérdidas superficiales del riego2. Escorrentía originada por lluvias3. Agua de drenaje subterráneo
Los DRENES / DESAGÜES en buen estado de funcionamiento SATISFACEN dos condiciones:
a) En condiciones normales la lámina de agua de los drenes/desagües debe estar por debajo de la salida de los DRENES SUBTERRANEOS con RESGUARDO de seguridad de 0.2 m.
0.2
b) En caso de PP fuertes exepcionalmente se puede permitir que la lámina de agua supere a los drenes subt. parcelarios, en tiempo limitado.
La sección del canal de desagüe debe tener la capacidad de eliminar la escorrentía
Q máx
CAUDAL BASE
De componentes distintos según sea de RIEGOS o de LLUVIAS.Es preciso calcular ambos casos, y escoger el de mayor valor.1. Caudal base en RIEGOS 56l/s2. Caudal base en época LLUVIAS 44l/s
Como caudal base se toma 56l/s
Estimación de cálculo de caudal Base en EPOCA DE RIEGO.En época de RIEGO se estima la suma de dos caudales:a) Pérdidas superficiales del riegob) Agua de drenaje subterráneo
PERDIDAS SUPERFICIALES DE RIEGO
Las pérdidas superficiales de riego por gravedad inevitable provoca u origen pérdidas superficiales. Excepto en casos de riego tecnificado (por goteo, aspersión u otros).
El componente superficial del caudal base se determina en función del porcentaje (%) de pérdidas de la superficie a desaguar. Características- Dosis de riego- Modulo de riego- Frecuencia de riego- Horas diarias de riego
Tabla de Pérdidas SuperficialesSuelos Pérdidas Superficiales de
riego %
ArenosoLimosoArcilloso
51025
El procedimiento del cálculo se da con el siguiente ejemplo.
a) Superficie A = 85 Hasb) Dosis de riego = 600 m3/hc) Modulo de riego = 25 l/sd) Frecuencia de Riego = 10 díase) Horas diarias de riego = 10f) Pérdidas superficiales
(suelo franco) = 46 %
PASOS1) Superficie diaria de riego : 85 Has/10 h2) Volumen diario de Agua
8.5 (Has) x 600 m3/d = 5,100 m3/d = 5’100,000 l/d3) En 10 horas (distribución) Q = l/s
4) Módulo
5) Simultáneamente se puede regar módulos (5.67 mod) Ξ 6 Mod 6 módulos x 25 = 150 l/s6) Pérdidas superficiales (suelo franco) 16%150 l/s x 0.16 = 24 l/s
5’100,000 l/d= 141.67 l/s
10 x 3,600
141.67 l/s= 5.67 módulos Ξ 6 Mod.
25 l/s
AGUA DE DRENAJE SUBTERRANEOEl caudal a eliminar por los drenes subterráneos se estima con la ecuación
Se puede expresar o escribir ésta fórmula así
K = en m/dD, L y ht = en mqt = l/s Pero ho es altura freática inmediato al 1er riego“n” al intervalo entre riegos en días Para hn altura freática “n” dias después de un Riego
qt =2 ∏ K D ht
L2
qt =727.2 K D ht
L2
El caudal por Ha que arrojan se obtiene sustituyendo ho
Luego de otros riegos, regados hace n días y a punto de ser regados nuevamente.En estos últimos drenes el caudal es
El caudal medio será
Substituyendo en las ecuaciones anteriores se tendrá
En un área Δ de has el componente subterráneo del caudal base será
qo =727.2 K D ho
L2
qn =727.2 K D hn
L2
q =qo + qn
2
q =727.2 K D
xho + hn
=L2 2
q =363.6 K D (ho + hn)
L2
Q = qΔ =
363.6 K D Δ(ho + hn)
L2
EjemploK = 0.83 m/d L = 45 m hn = 0.20 mD = 3.16 m ho = 0.60 m
El componente subterráneo del caudal base es
Q = 32 l/s Resumen 1° Componente base superficial 24 l/sComponente base subterránea 32 l/s
Total 56 l/s
Q = 363.6 K D Δ (ho + hn)
L2
= 363.6 x (0.83 x 3.16) x 85 x (0.6 + 0.2)
(45)2
EPOCA DE LLUVIAEn momentos de lluvias críticas, para el cálculo de drenaje subterráneo, la LAMINA del canal de desagüe (DREN), debe permitir la salida libre del agua de los drenes.El momento más desfavorable es después de la lluvia donde es mayor la altura freática.En ese momento el caudal por Hectárea (Ha) viene dado por:
qo =727.2 K D ho
L2
Para superficie Δ has
Ejemplo paraK = 0.83 m/d ho = 0.55 mD = 3.16 m Δ= 85 hasL = 45 m
Q =727.2 K D Ho Δ
L2
Q =727.2 x 0.83 x 3.16 x 0.55 x 85
452
Q = 44 l/s
ESCORRENTIADistribución del agua de lluvia; y éste se puede expresar en yetogramas, curvas que delimitan la intensidad de la lluvia con el tiempo.
% T
otal
del
vol
umen
de
PP p
or u
nida
d de
Áre
a y
tiem
po
t
Esco
rren
tía to
tal
Evap. y Transpirac.
E D
I.N.T.
HS
ES EH
A
YETOGRAMA DE LLUVIA DURANTE UN TIEMPO P
La distribución de lluvias es la siguiente:1. El área Δ. Parte del agua que cae en los lagos, ríos, lagunas2. ED es la escorrentía superficial, que no infiltra en el suelo, y llega al barranco,
río, desplazándose sobre la superficie del terreno3. EH llamada escorrentía hipodérmica. Formada por la lluvia que inicialmente
infiltra circula superficialmente y regresa a superficie en alguna depresión.4. Es el desplazamiento de agua subterránea. Agua superficial que infiltra,
alcanza el nivel freático y descarga en el río, lago, mar. Su desplazamiento es de pocos metros por día.
5. HS fracción de lluvia que infiltra y es retenida por el suelo, incrementando la humedad. El agua del suelo es consumida por la vegetación y ocurre la evapotranspiración; o también la evaporación directa. El agua de suelo nunca llega al río.
6. D agua de almacenamiento superficial (charcos), para finalmente evaporar.7. INT parte de la lluvia retenida por la copa de arbustos, árboles sin llegar al
suelo. Agua que absorbe la planta; o que también evapora a la atmósfera.
En definitiva una parte del agua de lluvia (achurada) llega al río; y recibe el nombre de ESCORRENTIA; el resto directo o indirectamente vuelve a la atmósfera.
La escorrentía total es:ED + EH + ES
Para estimar la Escorrentía total, es necesario estimar el tiempo de concentración TCTC es igual al tiempo transcurrido desde que una gota de agua cae en el punto más alejado de la salida, hasta que llega a ésta. Está en función a características morfológicas, topográficas de la cuenca. Se expresa por:tc = 0.0195 K0.77
tc = Tiempo de concentración (minutosL = Longitud del curso del agua más largo (río) en mH = Desnivel entre el punto más alejado y la salud (en m)
K =L
Ѵ5
S =HL
Formula RacionalSupone que la máxima escorrentía ocasionada por una lluvia se produce cuando la duración de esta es igual al (Tc) tiempo de concentración. Toda la cuenca contribuye al caudal en el punto de salida. Se estima con la siguiente ecuación:
DondeQ = m3/s escorrentíaC = Coeficiente de escorrentía sin dimensionesi = Máxima intensidad media de la lluvia crítica, para una
duración de tc en mm/hA = Superficie de la cuenca en Has El coeficiente 1/360 corresponde a la transformación de unidades
Q =C i A360
Siendo la ESCORRENTIA es decir el agua de lluvia que llega al cauce de evacuación (río) representa una parte (fracción) de la precipitación total; y se denomina coeficiente de escorrentía, que no tiene dimensiones, y se representa por C.El valor c depende de factoresa) Topográficosb) Edafológicosc) Cobertura vegetal
La siguiente tabla experimental permite estimar C.
Tipo de Vegetación
Pendiente %
T e x t u r aFranco Arenoso Franco arcilloso-limoso
Franco limosaArcillosa
Forestal 0 – 55 – 10
10 – 30
0.100.250.30
0.300.350.50
0.400.500.60
Praderas 0 – 55 – 10
10 – 30
0.100.150.20
0.300.350.40
0.400.550.60
Terrenos Cultivados
0 – 55 – 10
10 – 30
0.300.400.50
0.500.600.70
0.600.700.80
EjemploCuenca de 500 Hasa) - Forestal : 80 Has
- Textura Franco limosa- Pendiente 10 a 30 %
b) Praderas- Área 235 Has- Textura Franco arenosa- Pendiente 5 – 10%
c)Terrenos Cultivados- Área 185 Has- Textura Arcillosa- Pendiente 0 – 5%
C =80 x 0.50 + 235 x 0.15 + 185 x 0.60
500
C =186.25 = 0.37
500
MAXIMAS INTENSIDADES MEDIAS DE LLUVIA CRITICA (i)Se considera periodo de retorno T para terrenos agrícolas es frecuente utilizar T = 10 años
PP = 90 mm.Precipitación pluvial (pluvioarefo)Los pluviográfos miden o registran cuantía, duración e intensidad de las lluvias.
3x
HA
AB = 1416 m(A-B) = H = 40 m.s.n.m. – 36.7m = 3.3 mS = H/L = 3.3 m / 1416 mS = 0.0023
K =L
=1416 m
=29.332 m/s
Ѵ5 Ѵ0.0023
i = 2.31 Ptc-0.55 K = 29.332 m/stc = 0.0195 x (29.332)0.77
tc = 53.7 minutos
Ej.
tc = 53.7 minPara calcular la cuantía correspondiente a 53.7 minutos se interpolaDuración min mm 45 18.5 55 19.6
Duración (min) Cuantía máxima (mm)0 – 10
10 – 2020 – 3030 – 4040 – 5050 – 60
6.512.115.617.318.519.6
18.5 +19.6 – 18.5 x (53.7 – 45) =
55 - 45
18.5 + (0.11) (8.7)18.5 + 0.957 = 19.46 mm/hi = (2.31) (19.46) (53.7)-0.55
i = 20 mm/L 19.46Q = (0.37) (20 mm/h) (500 Has) = 10.28 m3/s 36D
ESTIMADO DE SECCION DE DRENES DESAGUESLos canales drenes – desagües, deben evacuar los caudalesa) Demasías de lluvias y riegosb) Aguas subterráneas (drenaje parcelas)c) Exepcionalmente la escorrentía
Nota: Para cada caudal las exigencias son distintas1. Para el caudal base, la lámina de agua no debe sobre
pasar los drenes subterráneos (en caso que los hay).2. Para (lluvias) escorrentía se acepta que temporalmente
los drenes queden bajo el agua. En ese caso toda la sección del canal trabaja en la evacuación
Determinados los caudales a eliminar y conocida la profundidad de los drenes, se realizan los cálculos hidráulicos.
FORMULA MANNINGEntre el caudal a eliminar (Q) y la sección (S), existe la relación siguiente:Q = U.S.
DondeU → Velocidad media del aguaS → Sección normal
Calculo de velocidadPor la formula manning
DondeU = Velocidad media del agua en m/segn = Coeficiente de rugosidadR = Radio hidráulico (m)I = Pendiente longitudinal del emisario
A U =1 R 2/3 I1/2
N
El radio hidráulico es la relación entre la sección y el perímetro mojado.
Los valores n y se muestran en la tabla (3).
Los canales – desagües tienen una sección trapezoidal.
1n
Resguardo b
5.65
h
a
0.4
2.0 m c 1.51.75 2.0
S = Sección del canal Dren – Desagüe
P = (Perímetro mojado) a + 2c
RADIO HIDRÁULICO R
La pendiente de los taludes laterales depende del material del suelo.
B
C
S =a + b x h
2
R =(a + b) / 2 x h2 (a + 2c)
1) PENDIENTE LONGITUDINAL DE LOS CANALES (DRENES – DESAGÜES)
La ecuación muestra
a) Que cuanto más pendiente I mayor es la velocidad del agua, por tanto es menor la sección del canal
b) Disminuye el costo de la construcción.Pero debe haber pendiente mínimas y máximas
U =1 R 2/3 I1/2
n
2) PENDIENTES MINIMASa) A pendiente pequeña, la velocidad del agua
tiene valores bajos. Ello permite se DEPOSITE en el fondo las partículas que arrastra el agua.
b) Los sedimentos que colmata el cauce hay que limpiar, eliminar, extraer, con costos adicionales, y disminuye temporalmente la eficiencia del canal – desagüe.
c) Las velocidades bajas permiten el crecimiento de la vegetación acuática; y ello disminuye la capacidad del cauce.
d) La velocidad del agua mínima del agua es función del tamaño de las partículas que transporta.
Un valor mínimo es I = 0.00015
3) PENDIENTE MAXIMAEl valor máximo de la pendiente queda determinado por la CONDICION de que el agua no EROSIONE los taludes del cauce.
Esta tabla permite estimar la velocidad máxima permisible del agua para cortos (calados) de 1.0 m.Para CORTES (calados) mayores a 1.0 m los valores de la tabla se corrigen con la ecuación siguiente:
Uh = U1 . h1/6
DondeUh = Velocidad máxima permisible por h metrosU1 = Velocidad máxima permisible por h 1.0 mh = Calados (corte) en m.
Ejemplo para estimar El caudal de ESCORRENTIAa) Resguardo 0.24 mb) El fondo Del desagüe debe estar
0.24 m + 0.26 = 0.50 mh = 0.26 m lamina de deságüe
0.50 m más bajo que los drenes ..Profundidad respecto del terreno (Sup)0.50 + 150 = 2.0 m
Resguardo 0.25 m > 0.50h = 1.75ma = 0.40 mb = 0.40 + 2 x 1.75 x 1.5 = 5.65 mc = 1.75 Ѵ2 = 2.47 m
U = 33 x 0.992/3 x 0.00071/2 = 0.87 m/sQ = UxS = 0.87 x 5.29 = 4.6 m3/segQ = 4.6 m3/s > 2.75 m3/s
S =0.40 + 5.65 x 1.75 = 5.29 m2
2
R =0.40 + 5.65 x 1.75 = 0.99 m
2 (0.40 + 2 x 2.47)