DRENAJE SUPERFICIAL

EN

TIERRAS AGRICOLAS

(

R a f a e l M . R o j a s

Derie: Riegc v Drenane _ - . M D . - Rarael M. Roas RD-21

V

CENTRO INTERAMERICANO DE DESARROLLO INTEGRAL DE AGUAS Y TIERRAS

C.I.D.I.A.T. Apartado 219

Mrida, Venezuela

I N D I C E

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1. INTRODUCCION 3

1.1 El d r e w j e s u p e r f i c i a l . . . . . . 3 1.2 El drenaje s u p e r f i c i a l en las zonas hmedas .y sub-hme-

das. . . . : . . . . . 4 1.3 Perspectivas del drenaje s u p e r f i c i a l 4 1.4 Alcance del t r a b a j o 4

i 2. CAUSAS DEL PROBLEMA . 5

2.1 Precipitacin 5 2.2 Inundaciones. 5 2.3 Suelos y topografa, 5

3. CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA 7

3.1 Daos a los c u l t i v o s 3.2 Mecanizacin 14 3.3 Problemas s a n i t a r i o s . . . . 14

3.3.1 Problemas f i t o s a n i t a r i o s 14 3.3.2 Sanidad animal 15 3.3.3 Sanidad humana 15

3.4 Dao a las i n f r a e s t r u c t u r a s 15 3.5 Otros daos 15

4. ESTUDIO Y DIAGNOSTICO DEL PROBLEMA 16

4.1 Clase de estudio . - 16 4.2 Informacin e x i s t e n t e . . 18

4.2.1 Fotografas areas 18 4.2.2 Mapas. 18 4.2.3 Estudios 18 4.2.4 Informes 19

4.3 Reconocimiento de campo . 19 4.4 Informacin bsica para-el estudio del problema de drena^

j e . . 21

4.4.1 Suelos 21 4.4.2 Hidrologa 21 4.4.3 Topografa y fotografas areas. . . . . . . . . 22 4.4.4 Agroeconoma. . 22

INDICE (Continuacin)

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4.5 Diagnstico del problema y soluciones posibles. . . . . . 22

4.5.1 Fuentes de exceso de agua 23 4.5.2 Mapa de zonas mal drenadas 24 4.5.3 Mapa de cotas de inundacin, 24

5. PRINCIPIOS DE DRENAJE SUPERFICIAL . 27

5.1 Relacin precipitacin-escorrenta. . . * . . . 27 5.2 Precipitacin de diseo. . . . . . . . . . . . . 28 5.3 Infiltracin 29 5.4 Coeficiente de drenaje y ecuacin de diseo 29 5.5 Mtodos para c a l c u l a r la-escorrenta t o t a l 32 5.6 Mtodo del balance hdrico 32 5.7 Mtodo del S e r v i c i o de Suelos de Estados Unidos (SCS) . . 35 5.8 Ejemplo del clculo de l a escorrenta y el c o e f i c i e n t e de

drenaje. 42

6. METODOS DE DRENAJE SUPERFICIAL. . . . 44

6.1 El co n t r o l de las inundaciones. 45 6.2 El co n t r o l de las aguas de escorrenta y de reas adyacein

tes 45 6.3 El drenaje s u p e r f i c i a l l o c a l 45 6.4 Mtodos de conformacin del terreno 46

6.4.1 Conformacin (Land grading) 48 6.4.2 Emparejamiento (Land Smoothina) 48 6.4.3 Camellones anchos o bancales 51 6.4.4 Camellones angostos ( r i d g e p l a n t i n g ) 51

7. DISEO DE LA RED COLECTORA. , . 57

7.1 Clculo del c o e f i c i e n t e de drenaje o ecuacin de diseo.. 57 7.2 Trazado de l a red de drenaje 63 7.3 Dimensionamiento de l a red 63

7.3.1 Clculo de la capacidad de los Canales c o l e c t o r e s . 64

7.3.1.1 Clculo, de l a capacidad de los colectores en las i n t e r s e c c i o n e s . Regla del 20-40. . 64

7.3.1.2 Cmputo de reas equivalentes 66

INDICE (Continuacin)

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7.4 Diseo d e f i n i t i v o , 70 7.5 Algunas consideraciones sobre el diseo de canales abier^

tos. 70 7.6 Caudales mximos de diseno 71 7.7 Estimacin de costos 73 7.8 Ejemplo del clculo de un sistema de drenaje. . . . . . 77

8. CONSIDERACIONES ECONOMICAS. 85 #

8.1 Costos y retornos de un sistema de manejo de aguas en el condado de J e f f e r s o n , New York, U.S.A . 85

8.2 Resultados obtenidos en los experimentos de drenaje en maz en suelos del Estado Portuguesa . 86

8.3 Ensayos en la Estacin Experimental de los Llanos, Cala-bozo 86

8.4 Ensayos de Foremaiz ( 1975) . 86

9. BIBLIOGRAFIA . 94

i i i

LISTA DE FIGURAS

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3.1 Supervivencia de 4 pastos despus de haber sido sumergidos a temperaturas de 10, 20 y 30C, por un tiempo hasta 60 das . 12

3.2 I n f l u e n c i a de l a inundacin, contenido de 0 2 y C02 en el da-o a c u l t i v o s . . . . . . . . . . . . . . 13

4.1 Esquema del c i c l o hidrolgico en un p e r f i l de Sabana Caimn 25

4.2 Diagrama para diagnstico del problema de drenaje. 26

5.1 Sistema hidrolgico del drenaje s u p e r f i c i a l 28

5.2 Representacin grfica de l a ecuacin C = 1573 + 162 E para u t i l i z a r en la ecuacin Q = C Ha5/6 34

5.3 Representacin esquemtica de las v a r i a b l e s de l a ecuacin 5,9 34

5.4 Grfico para el clculo de l a escorrenta 41

6.1 Factores topogrficos modificables mediante obras de confor-macin del terr e n o . , 47

6.2 Conformacin (Land grading) para aumentar l a pendiente del terreno 49

6.3 Conformacin 49

6.4 Emparejamiento (Land Smoothing) con drenes al azar 50

6.5 Camellones anchos 50

6.6 Secuencia a seguir para la construccin de un camelln ancho 54

6.7 Algunos d e t a l l e s de los bancales, . . . . . . . 55

6.8 Sistema de siembra en camellones ms z a n j i l l o s 56

7.1 Lluvias para un perodo de retorno de 5 aos, de duracin de 12 horas. . 58

7.2 Lluvias para un perodo de retorno de 10 aos y duracin de

12 horas 59

7.3 Precipitaciones mximas para 1, 2, 3, 4 y 5 das 61

iv

LISTA DE FIGURAS (Continuacin)

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7.4 Curvas de profundidad-duracin-frecuencia 62

7.5a Curvas de escorrenta para diseo de drenaje s u p e r f i c i a l , . 68

7.5b Demostracin grfica de l a regla 20-40 69

7.6 Estimacin del tiempo de retardo ( t | _ ) por el Mtodo del nu

mero de Curva *. . . 71

7.7 Costo de drenes s u p e r f i c i a l e s 73

7.8 Esquema de una red de drenaje 76 7.9 Curva de diseo para drenaje s u p e r f i c i a l - 82

v

LISTA DE CUADROS

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3.1 Cuadro de los danos s u f r i d o s por las plantas en caso de su_ mersin de 3, 7, 11 15 das, . . , . 8

3.2 Tolerancia de la inundacin de d i f e r e n t e s pastos. . . . . . 10

5.1 Capacidades hidrolgicas de las clases t e x t u r a l e s 36

5.2 Clasificacin hidrolgica de los suelos. # . . 37

5.3 Clasificacin hidrolgica (Potencial de escorrenta) . . . 38

5.4 Curvas de escorrenta para los complejos suelo cobertura para ser u t i l i z a d a en la Figura 5.6. . . . . . . 39

5.5 Nmero de curva para casos de condicin de humedad antece-dente I y I I 40

5.6 Condicin de humedad antecedente 42

6.1 Resumen de los rendimientos obtenidos mediante el sistema de siembra de camellones anchos en campo experimental Agua Blanca 52

6.2 Rendimiento de maz en kg/ha de los d i f e r e n t e s camellones anchos para los aos de evaluacin 1970-1975 53

7.1 Seleccin de l l u v i a s mximas ocurridas para 1, 2, 3, 4 y 5 das de l l u v i a s consecutivas durante el c i c l o de maz. Es-tacin Agua Blanca . 60

7.2 Costos por ha para operaciones de sistematizacin de t i e -r r a s en proyectos de investigacin en V i r g i n i a 76

7.3 Clculo del volumen de escorrenta y el c o e f i c i e n t e de dr

LISTA DE CUADROS (Continuacin)

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8.2 Produccin anual, costos y be n e f i c i o s prorrateados para Acre antes y despus de a p l i c a r prcticas de manejo de agua 88

8.3 Cuadro resumen de los datos experimentales obtenidos. . 89

8.4 Comparacin de dos sistemas de siembra en maz 90

8.5 Rendimientos promedios obtenidos con el maz "Venezuela 1" sembrado en un suelo pesado, usando d i f e r e n t e s mto-dos de siembra 91

8.6 Resumen de rendimientos t o t a l e s obtenidos en dos aos con los pastos e l e f a n t e , m i l l o , guatemala y pangla, sembrados en un suelo pesado, usando d i f e r e n t e s mtodos de siembra. 92

8.7 Beneficios netos imputables al drenaje s u p e r f i c i a l por intermedio de bancales 93

v i i

1. INTRODUCCION

El drenaje tie n e como ob j e t o l a eliminacin de los excesos de agua de

los suelos a f i n de proporcionar a los c u l t i v o s un medio adecuado para su

normal d e s a r r o l l o ^ El drenaje^segn l a localizacin de los excesos de agua,

puede ser: s u p e r f i c i a l o i n t e r n o ( s u b - s u p e r f i c i a l ) . El drenaje i n t e r n o es

aquel que se destina a evacuar los excesos de agua acumulados en e l p e r f i l

del suelo- El drenaje s u p e r f i c i a l c o nsiste en la remocin del exceso de

agua sobre l a s u p e r f i c i e del terreno-

t i tema del drenaje s u b - s u p e r f i c i a l ha sido objeto de muchos estudios y l a

l i t e r a t u r a abunda en referencias al respecto; l o mismo no ocurre con el drena-

j e s u p e r f i c i a l de t i e r r a s agrcolas, que prcticamente esta comenzando a su

estudiado en d e t a l l e . El presente t r a b a j o se r e f i e r e exclusivamente al drena-

je s u p e r f i c i a l ce t i e r r a s aercolas.

1.1 El Drenaje S u p e r f i c i a l

Por drenaje s u p e r f i c i a l se entiende la remocin de los excesos de

agua que se acumulan sobre la s u p e r f i c i e del terreno a causa de l l u v i a s muy

intensas y frecuentes, topografa muy plana e i r r e g u l a r y suelos poco per_

meables-

El desbordamiento ae los ros es causa de algunos problemas de drena-

j e s u p e r f i c i a l , pero debido a su carcter tpicamente hidrolgico-topogra-

f i c o , se considera como un problema de c o n t r o l de inundaciones y su s o l u -

cin no se enfoca a'este t r a b a j o .

El problema del drenaje s u p e r f i c i a l en t i e r r a s hmedas, a l ig u a l que el dre

naje i n t e r n o , ha sido muy descuidado y hasta el presente, l a mayora de los a-

g r i c u l t o r e s se l i m i t a n a evadir sus consecuencias mediante l a programacin de

c u l t i v o s de c i c l o c o r t o que son plantados en pocas l i b r e s del problema, o sen-

cill a m e n t e dejan las reas afectadas como zonas marginales para algunos pastos

y para arroz. En l a poca actual cuando l a presin sobre l a t i e r r a es mayor y

la produccin de alimentos es un reto para l a a g r i c u l t u r a , l a necesidad de i n -

corporar nuevas t i e r r a s a l a produccin e i n t e n s i f i c a r e l uso de o t r a s , ha f o r

zado a los productores ms progresistas a buscar algunas soluciones para los

nroblemas de drenaje s u p e r f i c i a l .

4

1.2 El Drenaje S u p e r f i c i a l en las Zonas Hmedas y Sub-Hmedas

La a g r i c u l t u r a a travs de los tiempos ha tra t a d o de seleccionar las

t i e r r a s con menos problemas para l a produccin y como consecuencias de e l l o ,

las grandes c i v i l i z a c i o n e s siempre estuvieron ubicadas en reas donde l a

produccin de alimentos era relativamente fcil. En todas las expansiones

subsiguientes, l a colonizacin se ha rea l i z a d o hacia reas ridas y semi-

ridas, producindose un mayor d e s a r r o l l o del riego y quedando l a t e n t e el

problema de drenaje en las t i e r r a s hmedas y sub-hmedas. En estas ltimas

debido a los problemas de drenaje, l a a g r i c u l t u r a se ha estado d e s a r r o l l a n -

do en forma extensiva con a l t o s riesgos y baja p r o d u c t i v i d a d .

En los trpicos, especialmente en Amrica L a t i n a , l a poca densidad po-

blacional ha l i m i t a d o l a colonizacin de las reas hmedas y sub-hmedas

con problemas de drenaje. En l o s casos de e x i s t i r colonizacin, sta ha si_

do en l a forma de grandes l a t i f u n d i o s ganaderos, que por su forma extensiva

de explotacin no han tomado inters en l a solucin de los problemas de dre

naje.

1.3 Perspectivas del Drenaje S u p e r f i c i a l

En los tiempos actuales, las d e f i c i e n c i a s a l i m e n t i c i a s mundiales y l a

presin sobre l a t i e r r a , ha forzado a muchos pases a l a confeccin de pro

gramas de aumento de l a productividad y de reforma a g r a r i a , los cuales ine

vitablemente tendrn que tomar en consideracin los problemas de drenaje su_

prfida!. En Venezuela, por ejemplo, l a mayora de los asentamientos cam-

pesinos de l a reforma agraria tienen problemas de drenaje s u p e r f i c i a l ; en

la actualidad los sistemas de riego de los Llanos Occidentales tienen ms

l i m i t a c i o n e s por problemas de drenaje que por el propio r i e g o . Por o t r a

parte, existen en el pas ms de 5 millones de hectreas de suelos pesados

que indudablemente tienen problemas de drenaje (CIDIAT, 1971). -

1.4 Alcance del Trabajo

El presente t r a b a j o t r a t a de proporcionar una gua para el estudio de

los problemas de drenaje s u p e r f i c i a l , a su vez presenta una s e r i e de c r i t e -

r i o s sobre el diseo y construccin de sistemas de drenaje,

2, CAUSAS DELPROBLEMA

El exceso de agua sobre os terrenos puede ser ocasionado por cuatro

causas p r i n c i p a l e s : precipitacin, inundaciones, l i m i t a c i o n e s topogrficas y

li m i t a c i o n e s e d i f i c a s - La precipitacin es l a p r i n c i p a l fuente de exceso de

agua; las inundaciones son consecuencia ae la precipitacin y las l i m i t a c i o -

nes topogrficas y edf cas contribuyen a agravar la accin de las causas an_

t e n o r e s o

2 .1 Precipitacin

En las zonas hmedas 3 durante el perodo de l l u v i a s , la precipitacin

es superior a l a evaporacin y como r e s u l t a n t e e x i s t e un periodo de exceso de

humedad- Durante este periodo, los suelos generalmente se encuentran bastar^

te saturados de humedad y. al o c u r r i r l l u v i a s de a l t a s intensidades, se produ_

ce una gran escorrenta s u p e r f i c i a l que f l u y e hacia las zonas ms bajas de

los t e r r e n o s , provocando problemas de drenaje

Per otra p a r t e , ~;a precio'racin sobre las zonas montaosas aumenta los

caudales de los cauces naturales lo cual ocasiona una disminucin de l a capa^

cidad de stos para drenar las zonas bajas y puede Negar hasta provocar el

desbordamiento ae los ros

2.2 Inundaciones

Las Inundaciones comparten con la precipitacin las causas del exceso

de agua Por efecto ae grandes p r e c i p i t a c i o n e s sobre las cuencas " a l t a s , los

ros aumentan su caudal y se desbordan en las zonas bajas provocando proble-

mas de drenaje-

En muchas ocasiones la inundacin no ocurre directamente por desborda -

6

miento de los ros, sino por incapacidad de stos para r e c i b i r las aguas de

los caos y quebradas. Estos ltimos al no tener s a l i d a , se remansar e inun

dan las reas adyacentes a la desembocadura.

Las inundaciones ocurren principalmente por:

(a) poca capacidad de los cauces debido a l i m i t a c i o n e s de pendiente o

por sedimentacin y obstculos en los mismos;

(b) ocurrencia de l l u v i a s de magnitudes e x t r a o r d i n a r i a s ; *

(c) intervencin no controlada de las cabeceras de los ros ( d e f o r e s t a -

cin)

(d) obstruccin de los drenajes naturales por obras mal concebidas, es-

pecialmente vas.

2.3 Suelos y Topografa

Las caractersticas fsicas de los suelos ( t e x t u r a y e s t r u c t u r a ) estn

ntimamente ligados a l a topografa. En l a formacin de los suelos sujetos

a problemas de drenaje, el r e l i e v e ha tenido una i n f l u e n c i a determinante en

la caracterizacin de los mismos, Los problemas de exceso de agua general -

mente se presentan en terrenos que forman p l a n i c i e s a l u v i a l e s .

En las zonas ms bajas, donde han o c u r r i d o las deposiciones de m a t e r i a l

ms f i n o , es donde el problema r e v i s t e mayor gravedad.

Los factores que tienen mayor i n f l u e n c i a en los problemas de drenaje s\

p e r f i c i a l son los s i g u i e n t e s :

(a) suelos con texturas f i n a s que determinan poca capacidad de i n f i l t r a ^

cin y permeabilidad;

(b) topografas muy planas que l i m i t a n el l i b r e escurrimiento de las a-

guas;

(c) mi ero-re ieve con pequeas o medianas depresiones que impide el mo-

vimiento del agua;

(d) terrenos con posicin r e l a t i v a baja, afectadas por l a escorrenta de

reas de cotas superiores;

7

(e) la ocurrencia de deposiciones de limo sobre el terreno que provoca

una im p e r m e a b i l i z a r o n de la s u p e r f i c i e ;

( f ) suelos con al t o s niveles freticos.

Resulta un poco difcil j e r a r q u i z a r l a i n f l u e n c i a de cada una de las

causas p r i n c i p a l e s del mal drenaje. Cada zona t i e n e caractersticas clim-

tica s y edafolgicas di f e r e n t e s que i n f l u y e n sobre el problema. Un anlisis

muy general indicara que el orden de pri o r i d a d e s en l a causa del problema

sera:

(a) topografa

(b) suelos

(c) precipitacin

(d; inundaciones c desbordamiento.

En todo caso, para oue ex i s t a un problema de drenaje superficial t i e -

nen que conjugarse una topografa plana, suelos poco permeables y a l t a s pre^

cid t a c i ores

3. CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA

El encharcamiento de los terrenos por problemas de drenaje s u p e r f i c i a l

trae como consecuencia una se r i e de l i m i t a c i o n e s para l a utilizacin de los

mismos. Los daos pueden v a r i a r segn sea l a magnitud del rea afectada:una

f i n c a , un asentamiento campesino o una gran zona agrcola. Cuanto mayor sea

el rea a considerar, mucho ms complicado ser l a determinacin de los da -

os, Aqu se considerar las consecuencias a n i v e l de f i n c a o asentamiento,

3c 1 Dao a los Cultivos

La p r i n c i p a l consecuencia,para los c u l t i v o s , d e l mal drenaje superficial

es la limitacin del intercambio gaseoso entre las races de las plantas y l a

atmsfera. De esta forma se produce una d e f i c i e n c i a de oxgeno y una con -

CUADRO 3.1

CUADRO DE LOS DAOS SUFRIDOS POR LAS PLANTAS (EN TANTO POR CIENTO DE LA COSECHA)

EN CASO DE UNA SUMERSION DE 3, 7, 11 15 DIAS

Nmero de

los das de

sumersin

1. Forrajes perennps

2 . Pastos

3. Pradera

4. Remolacha

a z u c . . r e -

molacha

forrajera

5. Pata ta

6. Girasol

7. Camo

8. Cereales de otoo

9. Cereales

de

primavera

10.Maz

3 7 11 15

Enero

3 7 11 15

Febrero

3 7 11 15

5 10

5 10 20

3 7 11 15

10 20 30

- - 10

- - 10

10 50 100 100

30 80 100 100

5 15 30 50

10 20 40 100

3 7 11 15

10 25 40 60

- 10 20 30

- 10 20 30

10 50 90 100

30 80 100 100

10 20 40 80

20 40 60 100

10 25 40 70

15 40 75 100

20 80 100 100

Mayo

3 7 11 15

10 30 50 100

- 15 30 50

- 15 30 50

10 50 90 100

40 90 100 100

10 30 60 100

20 50 75 100

20 40 70 100

15 50 75 100

10 50 80 100

3 7 11 15

10 0 70 100

20 30 50

- 20 30 50

10 40 90 100

50 100 100 100

10 40 60 100

10 40 60 80

20 50 80 100

20 50 75 100

10 40 75 100

Jul io

3 7 11 15

10 40 70 100

- 20 30 50

- 20 30 50

10 40 90 100

50 100 100 100

10 40 60 80

10 30 50 70

10 20

- 10 20

10 50 80

Agosto

3 7 11 15

10 30 50 80

- 10 20 30

- 10 20 30

10 40 90 100

50 100 100 100

- 10 30 50

- - 10 20

S e p t i r e .

7 11 15

10 30 50 70

- - - 10

- - - 10

10 40 90 100

20 40 60 80

10 20 30

- 10 20 30

10 10

3 7 11 15

5 10 20

S e g i n S L A M I N ~Cl9bO)

........r, : ^ ^ ^ ^ ; r

9

centracin de CO2 que per j u c i c a a las plantas y puede l l e g a r a causarles l a

muerte s i el efecto se prolonga, los daos a l a produccin dependern de:

(a) clase de c u ] t i v o

(b) duracin del efecto de inundacin

(c) estado de d e s a r r o l l o del c u l t i v o

(d) otras condiciones climticas-

(a) Clase de C u l t i v o

La r e s i s t e n c i a de los c u l t i v o s a las inundaciones es un carcter es_

pecfico propio de cada planta. De esta manera los c u l t i v o s hortcolas no

re s i s t e n al mal drenaje sino por pocas horas; los cereales y otros c u l t i v o s

de c i c l o c o r t o pueden p e r m i t i r inundaciones de 24 horas; los pastos permiten

una condicin de inundacin de 3 o ms das y el arroz p r e f i e r e l a permanen-

cia de una lmina de agua constante,

(b) Duracin del Efecto de Inundacin

La magnitud de los daos de las inundaciones sobre el rendimiento de

los cultivos esta directamente relacionado con l a duracin de l a inundacin.

Como se d i j o anteriormente cada c u l t i v o t i e n e un lmite de t o l e r a n c i a s i n

disminuir l a produccin; a p a r t i r de ese lmite los daos dependern, de l a

duracin del efecto. El cuadro 3 1 muestra los resultados de una experien -

ca realizada en Hungra (Salamn, 1960}; en ese cuadro se puede comprobar

claramente l o anteriormente expuesto- Experiencias realizadas en Oklahoma

U.SoA, (Rhoades 1967) han demostrado l a r e s i s t e n c i a de algunos pastos a

condiciones de inundacin; ese estudio tambin ha demostrado que e x i s t e un

efecto residual o mejor dicho que las plantas sometidas a un perodo de inun

dacin no se recuperan totalmente, siendo cada vez ms susceptibles a efectos

posteriores. El cuadro 3.2 presenta una l i s t a de pastos y su grado de t o l e -

rancia al efecto de l a inundacin. Las f i g u r a s 3.2 y 3.3 muestran los daos

causados a los c u l t i v o s por el efecto de l a inundacin.

(c) Estado de Desarrollo del C u l t i v o

El efecto nocivo del exceso de agua t i e n e mayor importancia cuando

ste ocurre en un Derodo crtico del crecimiento de l a planta que cuando el

10

CUADRO 3.2

TOLERANCIA A LA INUNDACION DE DIFERENTES PASTOS

( Chickasha, Oklahoma, U.S.A.)

TOLERANCIA ESPECIES NOMBRE COMUN

~ 1

Muy grande

(ms de 20 das)

Grande (hasta

20 das)

Moderadamente

grande (hasta

15 das)

Moderado

(hasta 10 das)

Baja

Cynodon dactylon

Buchloe dactyloides

Panicum obtusum

Paspalum distichum

Pai cum vi rgatum var.

Phalaris arundinacea

Spartina pectinata

Paspalum floridanum

Panicum virgatum var.

Agropyron smithii

Leersia oryzoides

Paspalum publiflorum

Andropagon gerardi

Andropagon hall i i

Elymus virginieus

Panicum anceps

Tripsacum dactyloides

Sporobolus airoides

Andropogon ischaemum

var.

Eragrostis curvula

Bermuda

Buffalograss

Vine mesquite

Grama de nudo

Lowland

switchgrass,

Cabezona

Reed canarygrass

P r a i r i e cordgrass

Paspalum de Florida

Upland switchgrass*

Paja Cabezona

Western wheatgrass

A r r o c i l l o

Smooth seed paspalum

Big bluestem

Sand bluestem

Vi rginia

Eastern gamagrass

Alkali sacaton

Paja coneja

Weeping lovegrass

Tomado de: Edd. D. Rhoades. Grass Survival in Flood Pool Areas, Journal of Soil and Water Conservation.Jan-Feb*1967.

c u l t i v o est en una fase menos crtica. As por ejemplo, en e l maz, un ex,

ceso de agua en el primer perodo de crecimiento puede pr o d u c i r una c l o r o -

sis y r e t a r d a r o impedir el crecimiento; luego de este primer perodo, e l

c u l t i v o es ms r e s i s t e n t e , s i n embargo, un exceso de agua en e l perodo de

formacin del f r u t o , puede no p e r j u d i c a r tan gravemente a l a p l a n t a , pero

s a f e c t a r l a formacin del grano y consecuentemente r e d u c i r l a produccin*

En l a papa, posiblemente un pequeo exceso de humedad a p r i n c i p i o s del cre-

cimiento no sera tan grave como al f i n a l del c i c l o cuando e l tubrculo es^

ta formado.

En los climas t r o p i c a l e s hmedos, cuando no se cuenta con un buen s i s -

tema de drenaje, l a programacin ae c u l t i v o s t i e n e necesariamente que rea-

l i z a r s e en funcin del drenaje El cuadro 3A muestra que los daos varan

de acuerdo al avance del c i c l o de 1 cultivOc

(d) Otras Condiciones Climticas y edaficas

La temperatura, evaporacin, humedad r e l a t i v a , los v i e n t o s , e t c . ,

siendo actores climticos que tienen i n f l u e n c i a sobre la a c t i v i d a d fisiolgi-

ca de la p l a n t a , tambin condicionan l a gravedad del problema^ Cuando l a

inundacin ocurre en una poca de a l t a s temperaturas, l a planta est s u j e t a

a un gran rgimen evapotranspi r a t o n o que consecuentemente requiere mayores

cantidades de agua y oxgeno A causa de l a inundacin, la planta no pue-

de tomar oxgeno por las races y por consiguiente stas se ven i m p o s i b i l i -

tadas de s u m i n i s t r a r agua a los t e j i d o s s u p e r i o r e s , produciendo un dficit

de humedad que p a r a l i z a las funciones v i t a l e s de l a plant a , ( F i g t 3 d y 3*2)

En los climas templados, las oajas temperaturas reducen l a a c t i v i -

dad fisiolgica de la p l a n t a , hasta l l e g a r a l estado de dormencia; en es-

tos perodos, los excesos de agua no son tan p e r j u d i c i a l e s porque l%a planta

no est sometida a requerimientos hdricos o de oxgeno.

Cuando el suelo est sometido constantemente a inundaciones, e l

agua que escurre puede t r a n s p o r t a r sedimentos limosos, que al depositarse

s e l l a n los poros del suelo impidiendo Ta penetracin del agua^ En estos ca

P O R C I E N T O PORCIENTO

13

FUENTE i R E . VM1LLIAMS0N AND GEOR6E J . K R I Z , RESPONSE OF AGRICULTURA!. CROPS TO FLOODtNS, DEPTH OF WAT ER TA 8 L E ANO SOIL GASEONS COMPOSITION, T R A N S . A S A E , t970

Fig. 3.2 Influencia de. la inundacin, contenido d

14

sos an cuando los suelos tengan una capacidad de infiltracin aceptable,

no pueden r e c i b i r e l agua etoido a l a presencia de esta pelcula impermea -

b l e ; sto determina el que, despus de pasar el efecto de las inundaciones,

las l l u v i a s posteriores sean poco e f e c t i v a s .

3.2 Mecanizacin

Indudablemente que uno de los grandes problemas de los suelos mal dre-

nados, es l a d i f i c u l t a d para l a mecanizacin. Cuando sto ocurre se tiene

como consecuencia l o s i g u i e n t e :

(a) d i f i c u l t a d para l a preparacin de suelos

(b) d e f i c i e n t e preparacin de suelos

(c) d i f i c u l t a d para r e a l i z a r labores c u l t u r a l e s

(d) d i f i c u l t a d para la cosecha

(e) no se puede programar bien l a siembra

( f ) prdida de tiempo en las labores

(g) daos a l a maquinaria

(h) compactacin de los suelos.

Todas estas consecuencias nos indican que las prdidas por efecto de

l a d i f i c u l t a d de mecanizacin, pueden ser tan grandes que impidan l a progra_

cin de c i e r t o s c u l t i v o s .

3.3 Problemas Sa n i t a r i o s

Las aguas al permanecer por mucho tiempo sobre el terreno pueden ocasio

nar problemas s a n i t a r i o s que afectan a las plantas, animales y al hombre.

3.3.1 Problemas F i t o s a n i t a r i os

(a) Enfermedades

El exceso de agua crea un ambiente favorable al desarrollo de er[

fermedades fungosas que atacan a los c u l t i v o s . En muchos casos

sto es una limitacin para el c u l t i v o de cie r t a s especies.

(b) Plagas

Cuando los suelos estn encharcados l a d i f i c u l t a d del c o n t r o l de

las plagas de los c u l t i v o s , permite una gran i n c i d e n c i a del ata-

que de stas y por consiguiente aumentan los daos a los c u l t i v o s

(c) Malas hierbas

Los excesos de agua fomentan la invasin de hierbas indeseables

que son d i s t r i b u i d a s por e l agua o que en condiciones de muy a l -

ta humedad pueden d e s a r r o l l a r s e mejor que los c u l t i v o s .

3,3*2 Sanidad Animal

El ganado es muy perjudicado por los problemas de humedad Las i n -

fecciones producidas por hongos y por parsitos son muy comunes en amblen -

tes hmedos

3

16

(a) inseguridad para plantear cultivos valiosos

(b) no se puede programar bien el mercado

(c) los cultivos permanentes ( f r u t a l e s , cacao, etc.) no pueden ser

implantados

(d) d i f i c u l t a d de transporte en la finca

(e) poca diversificacin de cultivos

( f ) competencia por los servicios en una misma poca y sub-utilizacin

en otras

(g) produccin estacional

(h) mala utilizacin de mano de obra

( i ) problemas para la construccin de obras.

De estas ultimas consecuencias, l a estacionalidad de l a produccin, es

quiza la ms importante ya que e l l a condiciona competencia por los insumos

lo que se traduce en altos costos de produccin y genera precios bajos por

concurrir al mercado al mismo tiempo.

4 C ESTUDIO Y DIAGNOSTICO DEL PROBLEMA

La investigacin de drenaje tiene como finalidad la realizacin de una

seri e de estudios que sirvan para diagnosticar la gravedad y extensin del

problema y a la vez proporcionar elementos necesarios para proponer soluci

nes. Segn el USBR (1964) un estudio de drenaje tiene que suministrar in -

formacin para contestar las siguientes preguntas:

(1) Existen en la actualidad o se producirn en un futuro excesos de

agua?

(2) Existe una salida adecuada para eliminar el exceso de agua?

(3) Cul es la fuente de exceso de agua?

(4) Pueden los suelos ser adecuadamente drenados?

(5) Cunta agua debe ser removida?

(6) Cul mtodo o sistema de drenaje dar los mejores resultados?

4.1 Clases de Estudio

El estudio puede ser realizado a diferentes niveles de acuerdo al obje-

tivo del anlisis grado de precisin requerida y detalle de la informacin

17

disponible* De acuerdo a lo a n t e r i o r , los estudios pueden ser d i v i d i d o s en

tres clases: Reconocimiento f a c t i b i l i d a d y diseo.

El Estudio de Reconocimiento es el primer paso que se r e a l i z a para t e

ner un conocimiento del problema, Fundamentalmente un estudio de reconoci-

miento t i e n e l a f i n a l i d a d de hacer una estimacin de l a f a c t i b i l i d a d tcni-

ca y econmica del proyecto El estudio debe contener recomendaciones so-

bre las investigaciones que debern r e a l i z a r s e para estudios p o s t e r i o r e s *

El Estudio de F a c t i b i l i d a d o p r e l i m i n a r es la continuacin del estu -

dio de reconocimiento- Se efecta con e 1 s u f i c i e n t e d e t a l l e como para de -

terminar l a magnitud oe problema t i p o de solucin a adoptar y estimacin

de costos y beneficios del proyecto- Por l o general este estudio produce

una s e r i e de alternativas a n i v e l de anteproyecto, que son evaluadas para

escoger l a ms conveniente,

El Estudio de Diseo se r e a l i z a con todos los d e t a l l e s necesarios pa-

ra preparar el plan f i n a l y estimar los costos del proyecto* Este estudio

debe contener toda la informacin requerida para la inmediata construccin

del sistema:

Para el estudio de los problemas de drenaje de una determinada rea no

es necesario pasar por las t^es etapas de estudio: En el momento de plan -

tearse l a necesidad de reso'Uer un problema el anlisis de los anteceden -

tes y de l a informacin d i s p o n i b l e , puede l l e v a r a pasar de reconocimiento

a diseo

En los casos en que el problema se presente en un proyecto ya diseado,

puede prescindrse de los primeros estudios y concretarse a re-di^ear el

sistema, o hacer las correcciones necesarias,

En cualquiera de los casos, la investigacin debe comenzarse por: (a)

revisin de la informacin e x i s t e n t e y (b) reconocimiento de campo.

18

4.2 Informacin Existente

Antes de comenzar cualquier t i p o de estudio es necesario r e c o p i l a r t o -

da la informacin e x i s t e n t e , Es conveniente ordenar l a informacin de mane,

ra que est fcilmente disponible cuando los tcnicos encargados del estu -

dio requieran de e l l a , La informacin la podemos separar en cuatro grupos

p r i n c i p a l e s : fotografas areas, mapas, estudios e informes. i

4.2.1 Fotografas Areas

Los pares esteroscpieos de fotografas areas a escala 1:20.000 a

1:50.000 son muy necesarios para el estudio. Es conveniente contar con f o -

tomosaicos del rea para hacer las estimaciones pertinentes al estudio.

4.2.2 Mapas

Es necesario contar con un conjunto de mapas a escala conveniente

(1:20.000 - 1:5,000) que sirvan de base para el estudio y que a l a vez mues_

tren los d e t a l l e s que tengan importancia para l a concepcin del proyecto.

Los mapas ms importantes son:

(a) mapas planimtricos

(b) mapas plani-altimtricos

(c) mapa de i n f r a e s t r u c t u r a e x i s t e n t e

(d) mapas catastrales

(e) mapas de suelos y geologa

4.2.3 Estudios

Son muy tiles las siguientes clases de estudios:

(a) estudio de drenaje e x i s t e n t e

(b) levantamiento de suelos

(c) levantamiento geolgico

(d) estudio de cuencas

(e) estudios agroeconmieos y econmicos

( f ) red de B.M. del rea

19

(g) levantamientos topogrficos

(h) estudio hidrolgico,

4,2*4 Informes

Los informes y regs tros'de datos que es necesario r e c o p i l a r son los

si g u i e n t e s :

(a) informes de los levantamientos y estudios antes mencionados

(b) programaciones para el rea

(c) informes sobre otros estudios de suelos

(d) informes de los organismos relacionados con los problemas de

drenaje de rea

(e) r e g i s t r o s de l l u v i a , f1uviometra, niveles de los ros , e tc.

( f ) datos de rendimiento de c u l t i v o s

(g) informes de daos ocurridos debidos al mal drenaje

4,3 Reconocimiento de Campo

El reconocimiento debe ser r e a l i z a d o al i n i c i o del estudio. Los aspec_

tos ms relevantes a ser constatados son los s i g u i e n t e s :

(1) Condicin Actual de las Salidas

Es necesario determinar las capacidades de los desages de s a l i d a .

Para e l l o , hay que tomar en cuenta el uso actual y p o t e n c i a l de

la t i e r r a Un buen desage de s a l i d a t i e n e necesariamente que ser

capaz de t r a n s p o r t a r el volumen de agua de drenaje diseado. En

caso de no s e r l o , se determinar l a p o s i b i l i d a d de ampliacin de

stoSc El clculo de la capacidad de las sali d a s debe hacerse, en

funcin del uso ms i n t e n s i v o a que se espera someter las t i e r r a s .

En l a estimacin de la conveniencia de los desages de s a l i d a , es

importante r e a l i z a r una determinacin de la frecuencia de a l t o s ni_

veles en las aguas de los n o s , caos, lagunas, e t c . que pueden te_

ner i n f l u e n c i a sobre los desages.

20

En el caso de que por razones topogrficas no exista una sa l i d a sa_

t i s f a c t o r i a que funcione por gravedad, hay que considerar una a l -

ternativa de bombeo antes de declarar el problema s i n solucin.

En este ltimo caso hay que considerar algunas condiciones que a-

fectan la f a c t i b i l i d a d econmica como:

(a) altura de bombeo

(b) volumen de agua por Ha. que debe ser bombeada anualmente

(c) valor del agua a bombear

(d) estimacin de los beneficios netos adicionales debidos al

drenaje

(e) porcentaje del ao en que la bomba tiene que operar.

Magnitud y Frecuencia de las Inundaciones en el Area

Mediante observaciones de campo y utilizacin de informacin exis_

tente, se determinar el rea sujeta a problemas de drenaje y l a

frecuencia con que stos se presentan. Estas determinaciones pue_

den ser un factor limitante para l a solucin del problema de dr

21

o t r a parte cuando la inundacin ocurre en pocas l i b r e s de c u l t i -

vos, el drenaje no puede considerarse problema.

Si hay p e l i g r o de erosin, no es conveniente c o n s t r u i r zanjas de

drenaje,

4 Informacin Bsica para el Estudio del Problema de Drenaje

Los estudios bsicos necesarios para d i a g n o s t i c a r el problema de drena

son:

- estudio de suelos (agrologa)) edafotcnico

- estudios hidrolgicos y climatolgicos

- estudios topogrficos y aerofotogrfieos

- estudios agro-econmicos

4.1 Suelos

Los estudios de suelos debern contener l a s i g u i e n t e informacin:

(a) t e x t u r a y e s t r u c t u r a

(b) uso actual y potencial

(c) caractersticas fsicas relacionadas con l a humedad.

(d) permeabilidad e infiltracin

(e) e r o d abilidad

( f ) caractersticas de drenaje

(g) recomendaciones sobre manejo

(h) 1 imitaciones

4.2 Hi drologa

El informe hidrolgico deber contener l o s i g u i e n t e :

(a) p r e c i p i t a c i o n e s mximas y su frecuencia

(b) curvas de profundidad - duracin - frecuencia

(c) crecientes mximas y su frecuencia

(d) capacidad oe los cauces naturales

(e) balances hdricos

( f ) otras informaciones climatolgicas.

22

4.4.3 Topografa y Fotografas Areas

(a) levantamiento plani-altimtrico

(b) p e r f i l e s del terreno

(c) secciones de cauces importantes

(d) fotografas areas (pares estereoscpicos y mosaicos)

4.4.4 Agroeconomfa

(a) cultivos ms importantes del rea

(b) valor actual de la produccin

(c) beneficios esperados del drenaje

(d) costos unitarios de obras de drenaje

(e) tolerancia de los cultivos al mal drenaje

El detalle de estos estudios depender del nivel del informe a reali_

zar.

Segn Coote y Zwerman (1970), puede concluirse que un suelo necesita

drenaje s u p e r f i c i a l cuando:

(1) el agua se estanca en la superficie del terreno

(2) el color del subsuelo, comenzando desde los 20 hasta los 40 ceji

tmetros, es gris o azul con moteado marrn y amarillo

(3) existe un hardpan o estrato compactado en el suelo s u p e r f i c i a l

(4) el suelo a un metro de profundidad se encuentra seco an des -

pues de un largo perodo de l l u v i a s

(5) l a vegetacin acutica comienza a invadir depresiones del terns

no.

4.5 Diagnstico del Problema y Soluciones Posibles

El anlisis de los estudios bsicos servir para diagnosticar el proble

ma y la gravedad del mismo. Una vez que se conozcan bien todas las caracte

rsticas del problema>ser cuando se puedan tomar decisiones sobre la manera

de solucionarlo.

23

4.5=1 Fuentes de Exceso de Agua

Las fuentes de exceso de agua que ocasionan problemas de drenaje su-

p e r f i c i a l en una determinada rea pueden ser c l a s i f i c a d a s en tr e s grupos :

precipitacin escorrenta de reas adyacentes y desbordamiento de ros.

(1) Precipitacin

Las l l u v i a s de a l t a s intensidades pueden causar un problema l o -

cal de drenaje cuando l a capacidad n a t u r a l de drenaje del rea y l a v e l o c i -

dad de infiltracin de los suelos sea reducida. Una combinacin de suelos

pesados, topografa plana y p r e c i p i t a c i o n e s del orden de los 100 mm/da ge-

neralmente crean un problema de drenaje,

Cuando el problema de drenaje es de este t i p o , las soluciones que

se adoptan son generalmente de drenaje s u p e r f i c i a l l o c a l , o sea con mtodos

simples de c o n t r o l y aumento de la capacidad n a t u r a l de desage de los te -

rrenos.

(2) Escorrenta de Areas Adyacentes

Este t i p o de problema se presenta en reas cercanas al piedemon-

te o cuando las condiciones topogrficas cambian de un rea de gran v e l o c i -

dad de escorrenta a o t r a ms plana y de poca capacidad de drenaje. Este

problema a menudo se encuentra asociado con el a n t e r i o r , determinando una

mayor gravedad del mismo.

Cuando la fuente de exceso de agua es de este t i p o , l a solucin

puede encararse u t i l i z a n d o canales i n t e r c e p t o r e s .

(3) Desbordamiento de Ros

Es un caso bastante frecuente que en c i e r t a s reas muy planas, el n i v e l de los ros sea igual o supe r i o r a las t i e r r a s vecinas. Al o c u r r i r a_

venidas grandes, el ro rebasa sus bancos naturales y se desborda inundando

las t i e r r a s ms bajas- Este problema cuando es muy f r e c u e n t e , puede deter-

24

minar grandes prdidas a la agricultura. Las medidas de control de inunda-

ciones ms utilizadas son los d^ues marginales y las presas de control de

avenidas.

En muchas ocasiones los problemas de drenaje de un rea son ocasio-

nados por dos o hasta las tres fuentes de exceso de agua mencionadas. Pue-

de acontecer que en un rea existan las tres fuentes de exceso y que stas se

presenten aislada o conjuntamente Cuando ocurren grandes precipitaciones

de larga duracin es muy probable l a presencia de las tres fuentes al mismo

tiempo. La Fig, 4.1 muestra un esquema del c i c l o hidrolgico de un rea.

En e l l a pueden notarse las tres fuentes de exceso de agua. La Fig. 4.2

muestra en forma de diagrama, l a forma como se procede para un diagnstico

general de drenaje.

4.5.2 Mapa de Zonas Mal Drenadas

Con l a ayuda del mapa de suelos, cartas topogrficas y fotografas

areas, pueden determinarse las reas con mal drenaje. La topografa i n d i -

car el trazado de los principales drenajes para la solucin del problema

de estas reas.

4.5.3 Mapa de Cotas de Inundacin

Con un estudio topogrfico detallado, secciones del ro y estudios de

la frecuencia y magnitud de las inundaciones, se puede confeccionar un ma-

pa con las cotas de inundacin y la frecuencia de stas. Este mapa servir

para la programacin de los cultivos y obras de infraestructura.

Una vez que el problema haya sido diagnosticado, se proceder a for-

mular las alternativas de solucin del problema, teniendo en cuenta los s i -

guientes factores:

(1) uso de la t i e r r a

(2) econmicos

(3) sociales

(4) f a c t i b i l i d a d tcnica.

26

L E Y E N D A

Permeabilidad K Precipitacin en 24 horas para p .5 aos de frecuencia 2 4 Balance hdrico B.H.

Nivel f r e t i c o N.F

Pendiente % S

CONTROL AVE

+ D Superficial

K V N L ENTA

D R E N A J E S U P E R F I C I A L

P R O B L E M A DE

D R E N A J E

C O N T R O L A V E ,

D . Super f icial

D Sub - supr f iciol

S

1 S U P E R F I C I A L +

SUB - S U P E R F I C I A L

._ >- CONTROL DE AVENIDAS

D R E N A J E SUB - S U P E R F I C I A L

C O N T R O L A V E . + DREN SUB- SUPER-

F I C I A L .

K L E N T A .

F i g . 4.2. D i a g r a m a p a r a d i a g n s t i c o d e l p r o b l e m a d e d r e n a j e

5, PRINCIPIOS DE DRENAJE SUPERFICIAL

Los d i f e r e n t e s estudios bsicos previamente mencionados proporcionan la

informacin necesaria para el diseo de un sistema de drenaje s u p e r f i c i a l .

Sin embargo, es necesario el conocimiento de algunos p r i n c i p i o s bsicos an-

tes de i n t e n t a r el diseo-

En primer lugar es necesario d i f e r e n c i a r dos aspectos del diseo: el

primero es el clculo de la rea c o l e c t o r a p r i n c i p a l y el segundo se r e f i e r e

a la determinacin de la capacidad de las t i e r r a s para p e r m i t i r el f l u j o del

exceso de agua hacia esos c o l e c t o r e s . El primer aspecto, o sea el diseo de

la red c o l e c t o r a , ha siao el ms estudiado hasta ahora y en l a a c t u a l i d a d

existen mtodos suficientemente aceptables para r e a l i z a r el diseo. El s

28

Evapotrans-piracin

4

Precipitacin Sistema

Suelo-Cobertura Escorrenta

Infiltracin

Figura 5.1 Sistema hidrolgico del drenaje s u p e r f i c i a l

Conociendo el comportamiento de l a precipitacin, la variacin de la

vaporacin e infiltracin y el efecto regulador del sistema suelo-cobertura

se puede determinar la escorrenta, la cual es el objeto del estudio.

Existen muchos procedimientos para c a l c u l a r l a escorrenta, pero l a ma

yora de e l l o s han sido diseados para estimar l a s crecidas mximas para

cuencas sin datos; entre stos podemos c i t a r l a frmula Racional, el mto-

do de Cook, el hidrograma unitario y l a frmula de Max Math. Como en el dr

naje su p e r f i c i a l a nivel parcelario, o de pequeas f i n c a s , lo importante es

evacuar el exceso de agua en un tiempo razonable de acuerdo a l a sensibilidad

del c u l t i v o , lo que ms interesa no es precisamente l a crecida mxima, sino

l a escorrenta t o t a l . De esa manera, parte de l a cuenca puede estar inundada

durante algunas horas. Slo en el caso del diseo de algunas estructuras como

a l c a n t a r i l l a s y pontones, sera necesario el conocimiento de las crecidas m-

ximas .

5.2 Precipitacin de Diseo

Dos aspectos importantes son considerados en l a obtencin de la l l u v i a

de diseo: el perodo de retorno o frecuencia de l a misma y su duracin. El

SCS (1973) recomienda una frecuencia de 5-10 aos. La duracin de l a l l u v i a

se escoge de acuerdo a la sensibilidad del cultivo y se denomina tiempo de

drenaje.

29

m o tiempo de drenaje ( t d ) considrese el tiempo en horas que el c u l t i

vo puede soportar bajo condiciones de inundacin s i n d i s m i n u i r s i g n i f i c a t i -

vamente sus rendimientos. Para nuestro medio no tenemos informacin dispo-

n i b l e , pero en general se adopta el s i g u i e n t e c r i t e r i o :

H o r t a l i z a s y c u l t i v o s delicados 6 - 8 horas

C u l t i v o s anuales 12 -24 M

Pastos 48 -72

Las f i g u r a s 3.2 y 3.3 pueden tambin ser u t i l i z a d a s como gua para se-

leccionar el tiempo de drenaje.

5 = 3 I n f i 1tracin

Un buen diseo requiere del conocimiento ae la capacidad ae absorcin

de agua por los suelos y para e l l o es necesario la determinacin o estima-

cin de su capacidad de infiltracin.

En el caso especfico de drenaje s u p e r f i c i a l , se considera que al mo-

mento de o c u r r i r l a l l u v i a de diseo, el suelo se encuentra a capacidad de

campo, en cuyo caso la infiltracin na alcanzado un va l o r muy cercano a l a

infiltracin bsica Como regla prctica se puede u t i l i z a r los valores de

permeabilidad los cuales son en general numricamente iguales a l a i n f i l t r a

cin bsica.

En general, el mtodo de los a n i l l o s 1nfi1trmetros u t i l i z a n d o un -

tiempo de unas 3 - 4 horas proporciona valores cercanos a la infiltracin

bsica: Otro mtodo, el ae los simuladores de l l u v i a , es aceptable, pero

requiere de un equipo costoso y su empleo es ms difcil* El cuadro 5c1

presenta algunos valores caractersticos de infiltracin bsica que pudie-

ran ser u t i l i z a d o s para efecto ae estudios p r e l i m i n a r e s ; teniendo en cuen-

ta todas las reservas de caso:

5.4 Coeficiente ae Drenaje y Ecuacin ae Diseo

El c o e f i c i e n t e de arenaje (Cd), puede d e f i n i r s e como el exceso de agua

que debe ser removido por unidad de tiempo, el cual generalmente se conside_ ra como 24 horas. Comnmente se expresa como una lmina por unidad de tiem

po:

3U

Cd = td

en donde:

Cd

td

E

Coeficiente de drenaje (L/T)

Escorrenta total (L)

Tiempo de drenaje (T)

Si se considera el tiempo de drenaje (td) en horasyde acuerdo a l a de

finicin, para 24 horas, Cd sera:

en la cual, Cd tendra unidades de lmina por 24 horas.

Es norma muy generalizada la de expresar el coeficiente de drenaje co-

mo un gasto por unidad de tiempo y rea, tradicionalmente l i t r o s por segun-

do por hectrea (Ips/Ha), en cuyo caso Cd, podra obtenerse mediante una e-

cuacin de l a forma:

en donde Cd tiene unidades de l i t r o s por segundo por hectrea, E y td pue -

den tener cualquier unidad y K depende de las unidades de E y td. Para E

en milmetros y td en horas, K = 2.78.

Si el rea a drenar fuese muy pequea, el caudal de diseo del colector

para drenar esa s u p e r f i c i e , se calculara multiplicando el coeficiente de

drenaje, obtenido en la ecuacin (5.3), por el rea (Ha); de esa forma o b -

tendramos una ecuacin como:

Cd = K E (5.3) I ?

Q Cd A (5.4)

y en la cual

Q = Caudal de diseo ( l p s ) .

Cd = Coeficiente de drenaje (lps/Ha).

A = Area (Ha).

31

La ecuacin (5.4) es una ecuacin de diseo para los drenes colectores.

Como se aclar anteriormente, la ecuacin (5.4) funciona bien para pe-

queas reas, pero es sabido que a medida que el rea de la cuenca de dreaa

je aumentare! caudal producido por unidad de rea, disminuye por efecto del

almacenamiento y prdidas en la red colectora y el tiempo de concentracin.

Desafortunadamente en nuestro medio no tenemos estudios que permitan deter-

minar ese decrecimiento, sin embargo, las experiencias del U.S. Soi 1 Conser^

vation Service (1973) han demostrado que esa disminucin puede ser obtenida

si en la ecuacin de diseo se eleva el rea a una potencia de 5/6. Segn

los mismos autores el caudal de diseo puede ser obtenido mediante una e-~

cuacin de l a forma:

Q = C A V e . . . . . (5.5)

en donde

Q = Caudal de Diseo ( L 3 / T )

A = Area ( L 2 )

C = Coeficiente que depende del c u l t i v o , precipitacin y carete

rsticas de l a cuenca ( L ) .

La ecuacin (5.5) fue originalmente obtenida por Me Crory (1915) para

un proyecto de drenaje en Arkansas, USA y es conocida como l a frmula del

"Cypress Creek n. El coeficiente C para esa primera ecuacin tenfa un valor

de C = 35, el rea era expresada en millas cuadradas y Q tena unidades de

pies cbicos por segundo.

Posteriormente, Stephen y Mills (1965) adaptaron la frmula del Cypress

Creek de manera que sta pudiera ser u t i l i z a d a en otras localidades. Como

resultado propusieron una ecuacin para ca l c u l a r el coeficiente C* delafr.

mua o r i g i n a l . La ecuacin, adaptada al sistema mtrico, es:

C = 4.573 + 1.62 E (5.6)

en la cual C es el coeficiente a u t i l i z a r en l a ecuacin (5.5) y E es la

32

escorrenta total en centmetros, calculada por los mtodos que se describen

a continuacin. La escorrenta E en l a ecuacin (5.6) es dada para un tiem-

po de 24 horas; para otros tiempos E = (E x 24)/td. La figura 5.2 es l a re-

presentacin grfica de l a ecuacin (5.6)

5.5 Mtodos para calcular la escorrenta total ( E ) .

Dos de los mtodos ms se n c i l l o s de determinar la escorrenta total son:

(a) El balance hdrico diario , y

(b) El mtodo del Soil Conservation Service.

En ambos mtodos se requiere el conocimiento de:

(a) Lluvia de diseo

(b) Capacidad de infiltracin de los suelos.

La l l u v i a de diseo se obtiene de acuerdo a: (a) perodo de retorno -

- el cual obedece a factores econmicos y que como dijimos anteriormente se

considera como de 5 - 10 aos - y (b) duracin de la l l u v i a , determinada de

acuerdo al cultivo y l a cual se considera igual al tiempo de drenaje ( t d ) .

La infiltracin puede ser medida o estimada. En ambos casos hay que

proceder con mucha cautela debido a los muchos factores que influyen sobre

esta variable.

5.6 Mtodo del Balance Hdrico

Este mtodo no es ms que la aplicacin de una ecuacin s e n c i l l a de ba-

lance hdrico

E = P - I - Et , (5.7)

En la cual E es la escorrenta t o t a l , P es la l l u v i a de diseo, I es

la infiltracin total durante el tiempo de drenaje (td) y Et es la evapotrans^

piracin durante el mismo tiempo. Todos los trminos de l a ecuacin deben

presentarse en las mismas unidades. Es comn no tomar en cuenta l a evapo--

33

transpiracin ya que sta se reduce a unos cuantos milmetros; en tal caso

la relacin se reducira a:

E = P - I (5.8)

5.7 Mtodo del Servicio de Conservacin de Suelos de Estados Unidos (SCS).

Este mtodo es utilizado para estimar l a escorrenta total a p a r t i r de

datos de precipitacin y otros parmetros de las cuencas de drenaje. El me

todo fue desarrollado utilizando datos de un gran numero de pequeas cuen -

cas experimentales.

El mtodo se basa en la siguiente relacin:

- * (5 9) S Pe . . . . . . . . . .

en donde

F = Infiltracin real acumulada (L)

S - Infiltracin potencial (L)

Q - Escorrenta total acumulada (L)

Pe = Escorrenta potencial o exceso de precipitacin (L)

la ecuacin (5.9) se considera vlida a p a r t i r del i n i c i o de la escorrenta.

Pe se define como:

Pe - P - la . . . . . . . . . . (5.10)

y F es defini da como:

F = Pe - Q . (5.11)

El trmino la (abstracciones i n i c i a l e s ) es definido como l a p r e c i p i t a -

cin acumulada hasta el i n i c i o de la escorrenta y es una funcin de l a i n -

tercepcin, almacenamiento en depresiones e infiltracin antes del comienzo de la escorrenta. La figura 5

34

35

Combinando las ecuaciones ( 5 . 9 ) , (5.10) y (5.11) tenemos:

4 Pe + S (5.12)

Los autores del mtodo obtuvieron una relacin entre la y S i g u a l a 0,2

o sea l a = 0.2S . Esta relacin es bastante aceptable para situaciones pr

medio. Si se reemplaza esa relacin en l a ecuacin (5.12) obtenemos:

la cual es l a ecuacin p r i n c i p a l del mtodo* La ecuacin (5.13) se resuelve

grficamente u t i l i z a n d o la f i g u r a 5,4.

Hay que observar que en l a ecuacin (5.13), P y S deben tener las mis-

mas unidades y el Q obtenido, tambin tendr esas mismas unidades*

Para a p l i c a r l a ecuacin (5.13) es necesario conocer el v a l o r de S ( i n -

filtracin p o t e n c i a l ) l a cual es una funcin del suelo, de las condiciones

de l a s u p e r f i c i e del terreno y l a humedad i n i c i a l . El v a l o r de S para una

determinada condicin puede ser obtenido mediante el anlisis de h i d r o g r a -

fas de cuencas homogneas. Si despejamos S en l a ecuacin (5.12) obtenemos:

Todos los valores en l a ecuacin (5.14) pueden ser obtenidos de un h i -

drograma y su correspondiente hietograma.

El SCS despus de e s t u d i a r un gran nmero de pequeas cuencas^confeccio n un cuadro para estimar S a p a r t i r de un c i e r t o v a l o r CN (Curve Number).

S est relacionado con CN mediante l a s i g u i e n t e ecuacin.

(5.13)

(5.15)

36

CUADRO 5.1

CAPACIDADES HIDROLOGICAS DE LAS

CLASES TEXTURALES ^

Clase Textura! Capacidad de

Almacenamiento (S) %

Poros Grandes (G)

%

Porosidad * Disponible AWC

%

Arena gruesa 24.4 17.7 6.7

Franco arena gruesa 24.5 15.8 8.7

Arena 32.3 19.0 13.3

Arena franca 37.0 26.9 10.1

Arena franca fina 32.5 27.2 5.4

Franco arenosa 30.9 18.6 12.3

Franco arenosa fina 36.6 23.5 13.1

Franco arenosa muy fina 32.7 21.0 11.7

Franca 30.0 14.4 15.6

Franco limosa 31.3 11.4 19.9

Franco a r c i l l o arenosa 25.3 13.4 11.9

Franco a r c i l l o s o 25.7 13.0 12.7

Franco a r c i l l o limoso 23.3 8.4 14.9

A r c i l l o arenoso 19.4 11.6 7.8

A r c i l l o limoso 21.4 9.1 12.3

A r c i l l a 18.8 7.3 11.5

x / S = Capacidad total de Almacenamiento (Porosidad total - Humedad a 15 atmsferas).

G = Agua gravitacional = Porosidad total - Capacidad de campo.

AWC = Agua disponible (S - G).

Tomado de C.B. England: "Land Capability: An hidrologic Response unit in agricultura! Watersheds.-

37

CUADRO 5.2 CLASIFICACION HIDROLOGICA DE LOS SUELOS

(Soil Conservation Service)

Los grupos hidrolgicos en que se pueden dividir los suelos son utilizados en planeamiento de cuencas para la estimacin de la escorrenta a partir de la precipitacin. Las propiedades de los suelos que son considerados para estimar la tasa mnima de infiltracin para suelos "desnudos" ucgo dz un hu*rdexUtrw~ ta pKolongxdo son: profundidad del nivel fretico de invierno, infiltracin y permeabilidad del suelo luego de humedecimiento prolongado y profundidad hasta un estrato de permeabilidad muy lenta. La influencia de la cobertura vegetal es tratada independientemente.

Los suelos han sido clasificados en cuatro grupos A, B, C y D de acuerde al potencial de escorrenta.

A. (Bajo potencial de escorrenta). Suelos que tienen alta rata de infiltracin aun cuando muy hmedos. Consisten de arenas o gravas profundas bien o excesiva mente drenadosM7Esos suelos tienen una alta rata Ge transmisin de agua. (ncTu yen: Psamments - excepto por aquellas en los subgrupes Lticos, Aquicos o Aquo dicos; suelos que no estn en los grupos C o D y que pertenezcan a las familias: fragmentarias, esqueleto-arenosas o arenosas; suelos grosarnicos ce Udults y Udalfs; y suelos en subgrupos Arniccs de Udults y dalfs excepto por aquellas en familias arcillosas o finas.

B. (Moderadamente oajo potencial de escorrenta). Suelos con ratas de infil-tracin moderadas ruanco muy hmedas. Suelos moderadamente profundos a pro^ un -dos, moderadamente bien drenados a bien drenados, suelos con texturas moderada -mente finas a moderadamente gruesas y permeabilidad moderadamente lenta a modera damente repica. Son suelos con ratas de transmisin de agua moderadas (suelos que no estn en los grupos A, C c D)

C. (Moderadamente alto potencial de escorrenta). Suelos con infiltracin len_ ta cuando muy hmedos. Consiste de suelos con un estrato que impide el movimien_ to del agua hacia abajo; suelos de textura moderadamente finas a finas; suelos con infiltracin lenta debido a sales o alkali o suelos con mesas moderadas. Esos suelos pueden ser pobremente drenados o bien moderadamente bien dreandos con estratos de permeabilidad lenta a muy lenta (fragipan, hardpan, sobre roca dura) a poca produndidad (50-100 cm) (comprende sueles en sub-grupos albiecs o aqu -eos; suelos en sub-grupos arniccs de aquents, aquepts, aquellas, aqualfs y aquu Its en familias francas; suelos que no estn en el grupo D y que pertenecen a las familias finas, muy finas o arcillosas excepto aquellas con mineraloga cao-1 i n tica, oxdica o nal oi s tica; humods y orthods; suelos con fragi panes de hori 2optes petroclcicos; suelos de familias "poco profundas" que tienen subestratos permeables; suelos en subgrupos lticos con ruca permeable o fracturada que per-mita ls penetracin del agua).

D. 'Alto potencie! de escorrenta). Suelos con infiltracin muy lenta cuando muy hmedos. Consiste de suelos arcillosos con alto potencial de expansin; sue los ton nivel fretico alto permanente; suelos con "elaypan" o estrato arcilloso superficial; sueles con infiltracin muy lenta debido a sales o alkali y suelos poco profundos sobre material caso impermeable. Estos suelos tienen una rata de transmisin de agua muy lenta (Incluye: todos los Vertisoles y Aquods; suelos en Aquents, Aquepts, Acuols, Aqualfs y Aquults, excepto los subgrupos Arniccs en familias francas, suelos con horizontes matrices, suelos en subgrupos Lti-cos con subestratos impermeables; y suelos en familias poco profundas que tie_ nen un subes trato impermeable).

1/ Algunas traducciones del trmino en infles han sido tomadas de: Fausto Mal donado P.s "L Adaptacin al Castellano de los nombres usados en la 7a. aproximacin". IICA. Costa Rica..1971.

CUADRO 5.3

CLASIFICACION HIDROLOGICA

(Potencial de Escorrenta)

Segn: SIE LING CHIANG, Journ of Hidrol. 13(1971,54-62)

I I I I I I IV V VI VII

SUELOS BIEN DRENADOS Mod. Imperfe Pobremente Drenados

Muy TEXTURA PROFUNDIDAD A LA ROCA MADRE Bien

Drena-tamente Drenados

Pobremente Drenados Pobremente Drenados

Poco Profundo (0,90 m)

dos

1. Texturas Medias: o mezcla de texturas gruesas a finas C~(+D)*** + C B-(+B)**

(+ 0 * + C C + D D

2. Textura gruesa + C -(+D)*** B +B-(A)** (B ) * *

B +C + D D

3. Textura fina C -(D)*** C +C-(B)** C C D D

4. Textura media Sobre roca frac turada verticaT mente + C B + B + C c + D D

5. Textura Gruesa Sobre roca frac turada v e r t i c a T men te B -i B A B +c + D D

Cambios en clasificacin para suelos bien drenados * Existencia ae fragipan o "clay pan" en suecos profundos

S u a l o d e . o r > o + ' u n d i - \ d a M r r o v c v - d e "^ro v e ; ! C ^ ^ i v a n - e n t e b i e n . d v-->.=

39

CUADRO 5.4

Curvas de Escorrenta para los Complejos Suelo-Cobertura (CN) para ser utilizada en la Fig. 5.4 (para condicin de humedad I I , y la. = 0.2 S)

C o b e r t u r a Grupo de Suelos

Uso de la Tratamiento Condicin A B C D

Tierra o prctica. Hidrolgica Numero de* Curva

Rastrojo Hileras rectas 77 86 91 94 Cultivos en hile ras n ti Mala 71 81 88 91

IT tf Buena 67 78 85 89 c/curvas de nivel Mala 70 79 84 68

it ti Buena 6 5 75 82 86 c/curvas de nivel y terraza? Mala 66 74 80 82

M ir tt Buena 62 71 78 81

Cultivos en hile Hileras rectas Mala 65 75 84 88 ras estrechas. 63 75 87 Buena 63 75 83 87

Curvas de nivel Mala 63 74 82 85

Buena 61 73 81 84 Curvas de nivel y terrazas Mala 61 72 79 82

Buena 59 70 78 81

Leguminosas en-^ Hileras rectas Mala 66 77 85 89 hileras estrechas ti ii Buena 58 72 81. 85

o forraje en Curvas de nivel Mala 64 75 83 85 rotacin tt rt ti Buena 55 69 78 83

Curvas de nivel y terrazas Mala 63 73 80 83 Curvas de nivel y terrazas Buena 51 67 76 80

Pastos de pas- Mala 68 79 86 89 toreo Regular 49 69 79 84

Buena 39 61 74 80 Curvas de nivel Mala 47 67 81 88

n tt ti Regular 25 59 75 83 ti ti ?t Buena 6 35 70 79

Pasto de CQrte Buena 30 58 71 78

Bosque Mala 45 66 77 83 Regular 36 60 73 79 Buena 25 55 70 77

Patios 59 74 82 86

Caminos tierra-^ 72 82 87 89

Pavimentos-^ 74 84 90 92

Siembra tupida o al voleo. Incluyendo derecho de va

40

CN para condi_

z ion II

CUADRO 5.5

Nmero de Curva para Casos de Condicin

de Humedad Antecedente I y I I I

CN para condiciones

I III

Valores

S

La Curva* CN para comienza condi-cuando cien

P= T T

CN para condiciones

I I I I

Valores

S

La Curva* comienza cuando

(pulgadas)(pulgadas) (pulgadas)(pulgadas)

100 100 100 o 0 60 40 78 6.67 1.33 99 97 100 # 101 .02 59 39 77 6.95 1.39

98 94 99 t 204 .04 58 38 76 7.24 1.45

97 91 99 309 .06 57 37 75 7. 54 1.51

96 89 99 t 417 .08 56 36 75 7.86 1.57

95 87 93 526 ,11 55 35 74 3.18 1.64

94 85 98 638 .13 54 34 73 8. 52 1.70

93 83 98 7 53 .15 53 33 72 8.87 1.77

92 81 97 870 .17 52 32 71 9.23 1.85

91 80 97 989 .20 51 31 70 9 o 61 1.92

90 78 96 1. 11 .22 50 31 70 10.0 2.00

39 76 96 1. 24 . 25 49 30 69 10.4 2.08

88 75 95 i. 36 2 7 48 29 68 10.8 2.16

87 73 95 i 49 .30 47 28 67 11.3 2.26

86 72 94 1. 63 ,33 46 27 66 11.7 2.34

85 70 94 1. 76 .35 45 26 65 12.2 2.44

84 68 93 A , 90 . 38 44 25 64 12.7 2. 54

83 67 93 2. 05 .41 43 2 5 63 13.2 2.64

82 66 92 2 0 20 .44 42 24 62 13.8 2.76 81 64 92 2. 34 .47 41 23 61 14.4 2.88 80 63 91 2 . 50 . 50 40 22 60 15.0 3.00

79 62 91 2 66 . 53 39 21 59 15.6 3.12

78 60 90 2. 82 ,56 38 21 58 16.3 3.26

77 59 89 n .

99 .60 37 20 57 17.0 3.40

76 58 89 3. 16 ,63 36 19 56 17.8 3. 56

75 57 88 3, 33 .67 35 18 55 18,6 3.72 74 55 88 3. 51 .70 34 18 54 19.4 3.88 73 54 87 3, 70 . 74 33 17 53 20.3 4.06 72 53 86 3. 89 ,78 32 16 52 21.2 4.24

71 52 86 4. 08 .82 31 16 51 22.2 4.44

70 51 85 u, 28 .36 30 15 50 23.3 4.66

69 50 84 4 e 49 .90 68 4 8 84 4, 70 .94. 25 12 43 30.0 6.00 67 47 83 4. 92 .98 20 9 37 40.0 8.00 66 46 82 5. 15 1 .03 15 6 30 56.7 1 1 . 34 65 45 82 5. 38 1 .08 10 4 22 90.0 18.00 64 44 81 5. 62 1 .12 5 2 13 190.0 38.00 63 43 80 5. 87 1 .17 0 0 0 infinito infinito 62 42 79 6. 13 i .23 61 41 78 6. 39 1 ,28

* Para CN en la columna 1

SOLUCION DE LA ECUACION DE ESCORRENTIA Q = { z 0 2 S } 2 w P+0.8S

P=0 o 30 cms Q = 0 o 20 "

20.0

10.0 120 14,0 160 1BX)

PRECIPITACION (P) EN djis. 20.0 22.0 24.0 260 26.0 3C

RFIRtNC f Mockus, Vctor; Estimoting direct runoff amounls from storm roinfall:

Control Technicof Unt , October 1955

. &. DEPAKTMENTtH? AGR1CULTURR SOIL CXDNSERVaSON SERVICE SNomuiumi wvTsicw BTTJKOLOOT M U N C H

STANDARD DWG. NO. ES- 1001 SHEET 1 QF 2 DATE 6-29-56

Fig. 5.4. GH^CO paa ni Clculo dt la E6co*A

42

Esta ecuacin fue desarrollada para trabajar con pulgadas. Para u t i l i -

zar centmetros la ecuacin quedara:

S = ^ - 2 5 . 4 (5.16)

El cuadro 5.4 se u t i l i z a para obtener los valores de CN para diferentes

prcticas agrcolas y condiciones hidrolgicas. Ese cuadro fue confecciona-

do en base a una relacin la = 0.2S y para una "condicin dg humedad antece-

dente" promedio (AMC I I ) . Para d e f i n i r las condiciones de humedad se u t i l i -

zan los siguientes valores.

CUADRO 5.6

CONDICION DE PRECIPITACION ACUMULADA HUMEDAD ANTECEDENTE DE LOS 5 DIAS PREVIOS

(AMC) AL EVENTO EN CONSIDERACION

I 0 - 3.50 cm

I I 3.50 - 5.25 cm

I I I ms de 5.25 cm

El cuadro 5.5 se u t i l i z a para corregir el valor de CN para las condici

nes I y I I I . Los grupos de suelos pueden ser obtenidos a p a r t i r de la infojr

macin de un estudio de suelos y utilizando los cuadros 5.2 y 5.3. Los valo_

res de S en el cuadro 5.5 estn dados en pulgadas.

La condicin hidrolgica que aparece en el cuadro 5.4 se r e f i e r e (enfo

ma general) al grado de cobertura vegetal y puede aproximarse as:

Buena = Cobertura en ms del 75% del rea

Regular = Entre 50 y 75%

Mala = Menos del 50%

5.8 Ejemplo del Clculo de la Escorrenta y el Coeficiente de Drenaje

Se desea determinar la escorrenta y el coeficiente de drenaje para un

43

rea con las siguientes caractersticas:

(a) topografa plana

(b) suelo a r c i l l o - limoso

(c) cobertura: maz en h i l e r a s

(d) buena condicin hidrolgica

(e) l l u v i a para 5 aos y 24 h = 120 mm.

( f ) evaporacin = 5 mm/da m

(g) infiltracin = 0 10 cm/hora

Solucin

(a) Mtodo del Balance Hdrico

E * P - Et - I E = 120 - 5 - ( 1 x 24) = 91 mm.

(b) Mtodo SCS

( b c l ) Cuadro 5.2, Suelo = D

(b.2) Con suelo D, c u l t i v o en h i l e r a s y buena condicin hidrol-

gica en el Cuadro 5

44

Si se adopta 90 mm como el val o r de la escorrenta, el c o e f i c i e n t e de

drenaje a emplear en la ecuacin 5.5 sera:

C = 4.573 + 1.62 (9.0) = 19,15 (5.4)

el cual tambin puede obtenerse directamente de l a Figura 5.2.

La ecuacin de diseo resultara:

0 = 19,15 Ha~ / e ( 5.5.)

Si se hubiera u t i l i z a d o l a ecuacin 5,2 el resultado hubiese s i d o :

Cd = Z J % * 9 0 = 10.43

y l a ecuacin de disee resultara:

Q = Cd x Ha = 10.43x Ha (5.2)

Esta ltima ecuacin (5.2) proporciona valores menores para reas meno_

res de 50 Has Para s u p e r f i c i e s mayores, l a ecuacin (5.3) r e s u l t a en memo

res valores de Q y por consiguiente el diseo ser ms econmico. En c u a l -

quier caso, l a ecuacin recomendada es l a 5.5.

6 0 METODOS DE DRENAJE SUPERFICIAL

Los mtodos de drenaje a emplear en una determinada rea, dependern de

varios factores de los cuales los ms importantes son los s i g u i e n t e s :

(1) fuente de exceso de agua

(2) caractersticas topogrficas del rea

(3) suelos

(4) c u l t i v o s a u t i l i z a r

(5) consideraciones s o c i a l e s .

En general se pueden encontrar t r e s t i p o s de soluciones, dependiendo de

la fuente de exceso de agua:

45

(1) control de inundaciones

(2) control de aguas de escorrenta de zonas adyacentes

(3) drenaje s u p e r f i c i a l l o c a l .

6.1 El Control de Inundaciones

Consiste en l a construccin de obras de ingeniera, que impidan el des-

bordamiento de los ros causantes del problema. Estas obras requieren gran-

des inversiones y ameritan un estudio hidrolgico bastante profundo.

Este tema por sus caractersticas especiales no ser tratado aqu.

6.2 El Control de las Aguas de Escorrenta de Areas Adyacentes

Se logra mediante la construccin de canales interceptores o mediante

la proteccin del rea por medio de diques perimetrales que impidan la entra

da de agua al rea en consideracin. La primera solucin ser considerada

en el captulo de diseo.

6.3 El Drenaje Superficial Local

Es aquel que se r e a l i z a dentro del rea problema y consiste del conjun-to de canales de desage y de las obras de sistematizacin o conformacin del terreno.

La red de drenajes comprende:

(1) canales principales

(2) canales secundarios

(3) canales colectores,

Los canales principales generalmente son los mismos drenajes naturales

ampliados y rectificados, Los canales secundarios estn formados-por parte

de la red natural y por canales nuevos que son construidos para ampliar la

red. Los colectores o t e r c i a r i o s , son los drenajes que recogen el agua d i -

rectamente de los campos de produccin o de las parcelas del sistema. El di_

seo de la red principal ser tratada en el Captulo 7.

46

6.4 Mtodos de Conformacin del Terreno

La red principal de drenaje se disea bajo el supuesto de que el escu-

rrimiento s u p e r f i c i a l sobre las parcelas, pueda ser logrado en los tiempos

previstos. En el caso de la red colectora, sta se disea siguiendo normas

hidrulicas perfectamente conocidas y se supone que su funcionamiento esta-

r de acuerdo a lo diseado; por el contrario, el escurrimiento de las par-

celas hacia la red colectora no puede ser determinado con tanta f a c i l i d a d ya

que stas se encuentran por lo general en condiciones naturales y con todas

las irregularidades propias de un terreno agrcola. El f l u j o del exceso de

agua hacia los drenes depender principalmente de;

(a) Pendiente del terreno

(b) Mi ero-reieve

(c) Cobertura

(d) Condiciones de humedad

(e) Longitud de recorrido del flujo

Cada uno de esos factores es responsable por una mayor o menor v e l o c i -

dad del f l u j o . De todos estos factores, l a pendiente, el micro-relieve y

la longitud de recorrido, pueden ser planificados en las obras de conforma-

cin del terreno.

En el caso de que en las condiciones actuales, no ocurra un f l u j o sufi_

cientemente rpido para garantizar l a evacuacin de los excesos de agua, en

el tiempo requerido por los c u l t i v o s , habr que modificar l a su p e r f i c i e del

terreno.

La cobertura puede modificarse cambiando el cultivo o uso de l a t i e r r a ;

las condiciones de humedad no pueden cambiarse pues son dependientes del c l i _

ma. De esta manera para garantizar el escurrimiento habr que.modificar -

cualquiera o una combinacin de los siguientes factores: pendiente, micro-ne

lie v e o longitud de recorrido. La figura 6.1 muestra estos tres factores es_

quema ticamente. La modificacin de estos factores se logra mediante la sis_

tematizacin y conformacin del terreno. El microrelieve se puede modificar

mediante un alisamiento de la su p e r f i c i e ; la pendiente puede cambiarse m e

/ )

9 \

i ni

O \ 1/ I

DIRECCION DEL FL'JJOX

y ^ v \

OEPRESiGNES

1 ) j

1/

i \

P L A N T A

Dren colector parcelario lnea de p e n d i e n t e

Area de E s c u r r i m i e n i e l d r e n

HOLIAR 6.1 facXon&A- topogA&frLco mo di cablea mtarXz obtuxA de con&oswiacsin dt ZWIQMQ.

48

diante obras de conformacin del terreno y l a l o n g i t u d de r e c o r r i d o se modi_

f i c a mediante el espaciamiento de los drenes colectores p a r c e l a r i o s .

Los mtodos de mejoramiento del drenaje s u p e r f i c i a l ms conocidos son:

(a) Conformacin

(b) Emparejamiento o al i Sarniento

(c) Camellones anchos o Bancales

(d) Camellones angostos

6.4.1 Conformacin (Land gradina)

Este mtodo se u t i l i z a generalmente cuando se contempla e l ri e g o com

plementario por s u p e r f i c i e - La conformacin puede hacerse para aumentar las

pendientes en t i e r r a s muy planas o para a l t e r a r topografas muy i r r e g u l a r e s

y conformarlas en varios panos, que permitan el l i b r e e scurrimiento de las

aguas tanto para drenaje como para riego por s u p e r f i c i e . Por l o general en

un t r a b a j o de conformacin, se modifican todos los fa c t o r e s p r i n c i p a l e s co-

mo: pendiente, m i c r o - r e l i e v e y l o n g i t u d de r e c o r r i d o . Esta es una prctica

bastante r e c i e n t e y su utilizacin est comenzando a extenderse rpidamente

en los Estados Unidos, Este mtodo t i e n e l a gran desventaja de ser muy cos_

toso y s i no se p l a n i f i c a bien los cambies de pendiente, puede r e s u l t a r con

traproducente en los aos secos por f a l t a de agua para los c u l t i v o s o s i se

exagera l a pendiente puede ocasionarse erosin de los suelos. Las f i g u r a s

6.2 y 6o3 muestran esquemas ae la utilizacin del mtodo. Las obras de coin

formacin por l o general requieren del uso de maquinaria pesada las cuales

pueden causar gran perturbacin de l a naturaleza de los suelos. El uso de

este mtodo como se d i j o anteriormente deber ser condicionado de t a l forma

que se produzca una mnima remocin de suelo vegetal. El mtodo no es reco_

mendado para suelos poco profundos,.

6.4.2 Emparejamiento (Land smoothing)

Este mtodo consiste en l a eliminacin de pequeas depresiones y l o -

mas que impiden el movimiento del agua* El emparejamiento se r e a l i z a gene-

ralmente en terrenos que poseen una pendiente adecuada, por l o t a n t o no se

49

M o v i m i e n t o

Promedio 0.2 %

Fig. 6.5 Ce n cDvacu.ci i *

* Tomado ae V.R. Ceda and P.J. Zwqxnvn 1 970. SuSifiact VKalnagz o i Flai Land-b.

50

Fta. 6.5 CamtJt.onte Anchc Bedding). *

* Tornad re: O . CeeXc and P.J. ZitfAmaw. (1970).

contempla la modificacin de l a pendiente, y en consecuencia, el movimiento

de t i e r r a es bastante pequeo, (F i g , 6 Melendes,1970a y 1970b),se ha demostrado que

los camellones aumentan el rendimiento de los pastos de c o r t e . Los cuadros

6.1 y 6,2 presentan algunos resultados obtenidos en siembra en camellones an_

chos- Las f i g u r a s 6 5 y 6 7 muestran algunos d e t a l l e s de los bancales

6.4.4 Camellones angostos ( r i age plnt^ng):

Este es el mtodo ms s e n c i l l o y econmico de mejorar el drenaje su-

p e r f i c i a l y consiste simplemente en la construccin de surcos que servirn

como drenes y en el camelln se planta e c u l t i v o . Una modalidad del mto-

do consisten en hacer ei camelln un poco ms ancho y p l a n t a r dos h i l e r a s so_

CUADRO 6.1

RESUMEN DE LOS RENDIMIENTOS OBTENIDOS MEDIANTE EL SISTEMA

DE SIEMBRA DE CAMELLONES ANCHOS EN CAMPO EXPERIMENTAL

AGUA BLANCA. AOS 70 AL 7 1 ^

AO e u I T i y A R RENDIMIENTO EN Kg/Ha AL 12% HUMEDAD

ANCHO DEL BANCAL EN METROS

25 37 45 53

1970 V. Foremaiz - 1 2 830 - -1971 V. Foremaiz - 1 3 720 - - -

1972 H. Baraure 5 000

1973 V. Foremaiz - 2 2 827 3.971 4.128 4.166

1974 H. Baraure 2 809 3.813 - * 4.336

(-) Para esos aos no existan o no fueron sembrados.

M Tomado de Foremaiz (1974).

53

CUADRO 6 2

RENDIMIENTOS DE MAIZ EN KG/HA DE LOS DIFERENTES CAMELLONES

ANCHOS (BANCALES) PARA LOS AOS DE EVALUACION 1970 - 1975*

Aos RENDIMIEN TOS A l 1 2 $ DE HUMEDAD (Kg/Haj PRECIPITACION

mm (C i c l o maz)

Aos i 2

B A N C A L E S 3 4 5 6 7

PRECIPITACION mm

(C i c l o maz)

1 9 ? 0 - 2 830 1

1 . 1 3 2 , 7 0

71-1 3 720 9 7 9 , 1 0

72 r K 000 1 = 2 5 8 , 9 0

73 , * b 3 2 ' ? G 3 0 1 3 2 373 3 , 9 7 1 4 = 1 2 8 4 , 1 6 6 9 1 4 , 5 5

7 4 2,845 3 . 0 9 3 4 . 2 1 3 4 = 421 9 7 4 , 2 0

7 5 6 , 4 3 5 6 4 8 7 4 7 8 4 5 . 0 0 8 5 , 8 9 6 8 9 8 , 4 0

Durante estos aos, no se evaluaron ios rendimientos de cada bancal por separado,

* Tomado de Marcene, Felipe, Foremaiz, 1 9 7 5 =

CUADRO 6.3

CARACTERISTICAS DE l O S C A M E L L O N E S A N C H O S ( B A N C A L E S )

D E LA ESTACION AGUA B L A N C A ( F O R E M A I Z )

Carne!lo Tamao SuDerf1 ci

H g

Al tura Promedio

m ^

Pendiente Promedio La t e r a l

Pendiente Promedio

Longi t u d i n a l (Cresta)

0/ /o

Pendiente Promedio

Lo n g i t u d i n a l (Surcos muertos)

%

nes Anchos

Long = m

Ancho rr

SuDerf1 ci

H g

Al tura Promedio

m ^

Pendiente Promedio La t e r a l

Pendiente Promedio

Longi t u d i n a l (Cresta)

0/ /o

Pendiente Promedio

Lo n g i t u d i n a l (Surcos muertos)

%

1 5 4 9 30,4 1.67 2,69 0 , 2 3 0 , 2 8

2 5 5 9 24,0 1,34 0,33 2 , 8 0 0 , 2 4 0 , 2 6

5 6 8 25,2 1,43 0,36 2 , 8 0 0 , 2 4 0 , 2 6

4 577 26,7 1 Ra 0,3- 2,83 0 , 2 2 0 , 2 5 5 5 8 9 37,5 0,30 1,70 0 , 2 4 0 , 2 4

6 603 4 4 ? 4 2 ,68 0,39 i , 80 0 , 2 5 0 , 2 3 7 6 2 0 C 9 E Oc j D 3,26 0,35

__ J 1,37 0 , 2 2 0 , 2 3

54

B

g2a

T E R R E N O EN CONDICIONES NORMALES.

IDENTIF ICACION MEDIANTE ESTACAS Y J A L O N E S DEL ANCHO D E L BANCAL.

ORIENTACION DEL OPERADOR PARA INI-CIAR PRIMER PASE DE ARADO.

PRIMER CORTE DEL ARAOO

Surco muerto o dren colector Centro del

boncol

FORMA QUE ADQUIERE E L T E R R E N O D E S P U E S DE T R E S P A S E S DE A R A D O Y 4 DE R A S T R A .

0

SEGUNDO CORTE OEL ARADO.

VQUJUX 6.6 Secuencia & egnA paAa a conAttuiccn de un cameULn an

Tomado de hkLHcano (7975]

55

Ega>ux 6.7 Aguno d&tale de Zo& Bancales

{Temado de SCS, P^oiage o& AgAaiittuAal

LancU, 1 9 77 ).

56

ORIENTACION DEL TRACTOR Y DEMAS IM-P L E M E N T O S PARA INICIAR L A S L A B O R E S DE ACAMELLONADO, SIEMBRA Y ABONADO.

INICIO DE L A S L A B O R E S DE A C A M E L L O -NADO, SIEMBRA Y ABONADO.

VISTA G E N E R A L DE LOS C A M E L L O N E S MAS ZANJILLOS

FQAJOL 6.S Si>tzma d ^mbxa en caw&lcn&> YYVU zanjo

* Adaptado d

57

bre ele El surcado puede hacerse para cada siembra o pueden ser semiperma-

nente e Una combinacin de camellones semipermanentes con labranza mnima se

ra muy conveniente siempre y cuando las condiciones climticas y edficas

as l o permitan. La f i g u r a 6 C8 esquematiza este mtodo. Al i g u a l que los

mtodos a n t e r i o r e s , el diseo de las dimensiones y pendientes de los came-

llones debe ser t a l que permita una rpida evacuacin de los excesos de a-

gua, pero al mismo tiempo no tan a l t o s ni con excesiva pendiente que p e r j u -

diquen el e q u i l i b r i o hdrico del suelo y fomenten l a erosin. El cuadro 8,3

aporta algunos aspectos productivos en un ensayo con camelIones 0 En l a ac-

tu a l i d a d e x i s t e n en el mercado maquinarias que pueden r e a l i z a r el surcado y

la siembra en una sola operacin

7, DISEO DE L A RES C0L,EC t0RA-

El diseo de un sistema de colectores de drenaje s u p e r f i c i a l comprende

cuatro fases p r i n c i p a l e s :

(1) Clculo de c o e f i c i e n t e de drenaje o ecuacin de diseo

(2) Trazado de l a red de drenaje

( 3 ) Dimensionamiento de la red

(4) Estimacin de costos-,

7.1 Clculo del Coeficiente de Drenaje o Ecuacin de Diseo:

El captulo 5 describe con bastante d e t a l l e como r e a l i z a r el clculo

del c o e f i c i e n t e de drenaje- Tomando en cuenta esas consideraciones pueden

obtenerse ecuaciones de diseo para d i f e r e n t e s reas- El resultado f i n a l se

ra un conjunto de ecuaciones de la forma Q = CA 6 (5.5 ) e Esas e c u a c i o -

nes pueden presentarse grficamente (Fig. 7,5) para f a c i l i t a r los clculos.

La escogencia de la l l u v i a de diseo puede hacerse empleando estudios

s i e x i s t i e r e n . En muchos pases es co--

rcn encontrar "Atlas de profundidad- duracin-frecuencia" ( F i g t 7.1 y 7,2).

Encaso de no e x i s t i r estudios de esa ndole, puede r e a l i z a r s e uno en base

* datos del rea (Cuadro 7-1 y Fig, 7,3 y 7.4).

Fgiiia 7. J LiuviaA paAa un pQAodo de xoXon.no de 5 ao* y donacin de VI koKaub, (MOP, 1963)

Tlguxa 7.2 Lluvixu paAa un pzAlodo dz Kzton.no dz 10 ao A duAacXn dz 12 koAxu. (MOP. 1963)

60

CUADRO 7.1

SELECCION DE LLUVIAS MAXIMAS OCURRIDAS

PAPA 1, 2, 3, 4 y 5 DIAS DE LLUVIAS CONSECUTIVAS

DURANTE EL CICLO DEL MAIZ i-/

ESTACION AGUA BLANCA

Precipitacin (m.m)

Ao Ida 2 das 3 das 4 das 5 das

1964 77.0 82. 8: 104.30 114 .30 133.60

1965 60,4 6 5 . 7 0 80.50 93. 50 97. 50

1966 65.9 65. 90 77.20 86.30 124.60

1967 39.1 62. 00 81.80 107.80 120.50

1968 70.4 75. 70 7 5.70 7 7 . 50 109.70

1969 65.5 75. 20 76.90 115.20 118.20

1970 66.9 68. 50 96 ,10 99 . 20 104.20

1971 59.1 59. 80 63.20 78.90 90.40

1972 82.6 97. 90 110.30 112.30 123.70

1973(F) 89.0 90. 75 90.75 94.32 101.92

1974 (F) 75.6 102 . 20 102.20 117.70 139.60

1975(F) 76.4 100. 20 108.70 114.00 130.10

PERIODOS DE PETORNO PARA LAS LLUVIAS

MAXIMAS OCURRIDAS EN 1. 2, 3, 4, Y 5 DIAS CONSECUTIVOS

Ao 1 da Ao 2 d i 3 S Ao 3 c as Ao 4 d as Ao 5 das m

73 89.0 74 102 . 20 72 110 . 30 74 117 .70 74 139.60 1 3 . 0 ^

72 82. 6 75 100. 20 75 108 . 70 69 115 . 20 6 4 133.60 6.5:;

64 77.0 72 97. 90 64 104 . 3 0 64 114 .30 75 130.10 4.33

75 76.4 73 90. 7 5 74 102 . 20 7 5 114 . 00 66 124.60 3.25

74 75.6 64 82. 80 70 10 72 112 .30 72 123.70 2.60

68 70.4 68 75. 70 73 9 0 75 6 7 107 .80 67 120.50 2.17

70 66.9 69 75. 20 6 7 80 70 99 .20 69 118,20 1.86

66 65.9 70 68. 50 6 5 80. 50 73 94 . 32 68 109.70 1.63

69 65.5 66 65: 90 66 7 7 . 2 0 65 93 . 50 7 0 104.20 1.44

65 60.4 65 65. 7 C 69 1 90 6 6 86 .30 73 101.92 1.30

71 59.1 67 62. 00 6 8 ! 7 5 . 70 71 78 .90 65 97.50 1.18

67 39.1 71 59. 80 71 2 0 68 77 .50 / x 90.40 1.08

i/ Tomado de De Len, 197 6.

P R E C I P I T A C I O N ( m m )

o

Z9

La determinacin ce los otros parmetros necesarios para el clculo -

del c o e f i c i e n t e de drenaje se har u t i l i z a n d o l a informacin agrolgica y

climatolgica. En el caso de no poseer esa informacin es indispensable -

r e a l i z a r un estudio al respecto. El d e t a l l e del estudio depender del n i -

vel del resultado esperado. Hay que tomar en consideracin que el diseo -

debe r e a l i z a r s e en base al uso i n t e n s i v o ms frecuente y siempre tomando en

consideracin los factores econmicos-

7,2 Trazado de la Red deDrenaje

El trazado de l a ^ed de drenaje consiste en la elaboracin de un plano

con l a ubicacin de cada uno de los drenes primarios y secundarios, Para el

trazado de estos canales se tomarn en cuenta las si g u i e n t e s e s p e c i f i c a c i o -

nes :

(1) Procurar u t i l i z a r los drenajes naturales o canales de drenaje exls_

tentes.

(2) El canal debe ser capaz de r e c o l e c t a r toda el agua del rea que s i r

ve

(3) Los canales deben estar l o c a l i z a d o s en los s i t i o s ms bajos del te

rreno o

(4) La sanda debe ser conveniente

(5) Los canales no deben tener curvas f u e r t e s ,

( 6 ) Las pendientes no deben ser muy f u e r t e s para evi t a r erosin 0

(7) El trazado debe f a c i l i t a r , en l o p o s i b l e , un parcelamiento adecuado.

7 0 3 Dimensienastlente ae a_Red

Una vez trazada la red se proceder a:

(a) Clculo de la capacidad oe los canales-

(b) Diseo ae ^os canales

Los valores obtenidos en esta etapa sern u t i l i z a d o s para el diseo cte

f i ni t i ve.

64

7.3.1 Clculo de l a Capacidad de los Canales Colectores

Las capacidades de los canales se ca l c u l a n u t i l i z a n d o l as ecuaciones

de diseo obtenidas de acuerdo a los anlisis efectuados en el Capitulo 5.

Para el caso de un slo dren, se u t i l i z a l a ecuacin directamente; cuando en

el rea e x i s t e ms de una ecuacin, hay necesidad de c a l c u l a r "reas equiva-

l e n t e s " . En las intersecciones se debe u t i l i z a r l a Regla del 20-40. Estos

dos ltimos procedimientos se describen a continuacin. Para f a c i l i d a d y 0

denamiento de los clculos es conveniente confeccionar un cuadro s i m i l a r al

Cuadro 7.4.

7.3.1.1 Clc