SECRETARA DE AGRICULTURA, GANADERA, DESARROLLO RURAL, PESCA Y ALIMENTACINSubsecretara de Desarrollo RuralDireccin General de Apoyos para el Desarrollo RuralDrenaje Superficialen Terrenos Agrcolas 2DRENAJE SUPERFICIAL EN TERRENOS AGRCOLASIntroduccinDefnicin. El drenaje agrcola es el conjunto de obras que es necesario construir en una parcela cuando existen exce-sos de agua sobre su superfcie o dentro del perfl del suelo, con el objeto de desalojar dichos excedentes en un tiempo adecuado, para asegurar un contenido de humedad apro-piado para las races de las plantas y conseguir as su pti-mo desarrollo. Tiposdeproblemasdedrenajeagrcola.Existenfunda-mentalmente dos tipos, superfcial y subterrneo.Drenajesuperfcial.Tambinllamadosporinundacin, anegamientooencharcamientodelosterrenos,quese caracteriza por la presencia de una capa o lmina de agua sobre la superfcie del terreno que satura la parte superior delsuelo.Estacapadeaguapuedecubrirsololaspartes ms bajas de una parcela, formando charcos ms o menos aislados. Cuando se remueven los excesos de agua que se acumulansobrelasuperfcie,sehabladedrenajesuperf-cial y este es del presente trabajo.Los problemas de drenaje superfcial se dan con mayor fre-cuencia en zonas hmedas, cuando se rebasa la capacidad natural de drenaje de los suelos, ya sea superfcial, interna o ambas.Drenajesubterrneo. Tambinconocidocomointernoo subsuperfcial,quesecaracterizaporlapresenciadeun manto fretico cercano a la superfcie del terreno que satu-ra el perfl del suelo y propicia una humedad muy alta en la zona de desarrollo de las races de los cultivos. Cuando se remuevenlosexcesosdeaguadeunaciertaprofundidad del suelo, se habla de drenaje subterrneo.Los problemas ms importantes de drenaje interno se dan enzonasridasysemiridasbajoriego,endondeexisten fuertes fltraciones en canales o en las parcelas que alimen-tan los niveles freticos; lo que combinado con una red de drenajeinsufcienteoinefciente,propicialaelevacinde los mantos freticos.Causas. En general, las causas de los problemas de drenaje sondedostipos,porsuorigen(naturaloartifcial)ypor su tipo de actividad (activa o pasiva). Las causas califcadas como naturales son ms frecuentes en las zonas hmedas, mientrasquelasartifcialesocurrenmsfrecuentemente en las zonas ridas de riego. Lascausasactivasestnrelacionadasconaportaciones abundantesdeagua,yaseannaturales(lluviasintensas, desbordamientos, inundaciones, etc.) o artifciales (riegos). Laspasivassoncuandoexistenimpedimentosgeneral-mente naturales para desalojar dichos excesos de agua, ya seantopogrfcos,suelospocopermeables,restricciones del perfl del suelo, etc., aunque tambin pueden ser artif-ciales, como obstrucciones de diferente tipo, red de drena-je inadecuada, azolvamiento, etc. Paraevaluarlagravedaddeunproblemadedrenaje,am-bas causas deben ser analizadas conjuntamente, lo cual en trminos cualitativos se explica con relativa facilidad, pero secomplicaconsiderablementecuandosepretendeex-plicarentrminoscuantitativos.Porejemplo,unarecarga dadapuedenoproducirproblemasdeexcesodeaguasi nosetienenimpedimentosparasusalidayencambio,la misma recarga con difcultades para desalojarse producir un problema. Efectos.Losproblemasdedrenajesepresentancuando lasinundacionessuperfcialesasfxianaloscultivos,debi-do a que el aire es reemplazado por el agua. Esto evita toda posibilidaddeprovisindeoxgenoyafectatambinala actividad biolgica y al mismo suelo. Adems, internamen-tereduceelvolumendesuelodisponibleparalasraces, afectando la aireacin y el desarrollo radicular, por lo que se disminuye la capacidad de absorcin de agua y nutrientes de la mayora de las plantas.Un drenaje interno inefciente en reas bajo riego, adems deafectarlaaireacineintercambiogaseoso,lasaguas 3freticasgeneralmentepresentanaltoscontenidosdesa-les,originandoenmuchasocasionesproblemasdeensa-litramientodelossuelos.Aunquetambinsepresentan en zonas tropicales, las aguas freticas tienen bajos conte-nidosdesales,porloquemsqueconsiderarsecomoun problema,puedenseraprovechadasparalasubirrigacin de cultivos.Informacinnecesariaaconsiderarparaidentifcarlos problemas de drenaje. Los datos que en general hay que tomar en cuenta son:Origen del agua y cantidad Problemtica ocasionadaVolmenes de agua a desalojar Tipo y permeabilidad del sueloPendiente del sueloEstabilidadestructuraldelosdiferenteshorizontes del perfl del sueloTipo de agricultura a realizarCmo y a dnde se va a desalojar el agua?Objetivos Objetivos especfcos y propsitos de una prctica de dre-naje. Restablecercondicionesadecuadasparaeldesa-rrollo de los cultivos.Eliminar el exceso de agua del suelo (superfcial o internamente), a fn de mantener las condiciones de aireacin y las actividades biolgicas indispen-sables para cumplir los procesos fsiolgicos rela-tivosalcrecimientoradical.Estogarantizarque los cultivos no se ahoguen y tengan un mejor de-sarrollodelasraces,loqueasuvezsignifcaun adecuado soporte mecnico y un mayor acceso al agua y a los nutrientes.Abatir niveles freticos someros.Crear condiciones que permitan mediante la apli-cacin de lavados, remover las sales en exceso del perfl del suelo y el mantener un balance salino.Objetivos estratgicos de los sistemas de drenaje (en zo-nashmedasyridas).Contribuiraconservaryaumen-tarlaproductividadagrcolaminimizandolosimpactos negativos,tantodeexcesosdeaguaydesalescomolos ambientales.Benefcios y desventajas del drenaje agrcola. Benefcios.Losprincipalesbenefciosqueseobtienenen suelos bien drenados son: Evitar los impactos ambientales negativos. Minimizarlosefectosnegativosenlaproductivi-dad de las parcelas.Incrementar la cantidad de oxgeno, favoreciendo el intercambio gaseoso.Evitar el desarrollo de enfermedades fungosas.Permitir un mejor y ms profundo desarrollo radi-cular de las plantas, aumentando la disponibilidad yelaprovechamientodeaguaydenutrimentos, lo que a su vez las hace ms resistentes a la sequa e incrementa su rendimiento.Facilitarelaccesoalasparcelasylamovilizacin de maquinaria e implementos para realizar las la-boresculturales,colectarlacosecha,manejarel suelo y los cultivos, etc.Favorecerlascondicionestrmicasdelsueloy sepuedecalentarmsrpidoenprimaveraper-mitiendolasiembratemprana,yaqueunsuelo pobremente drenado requiere 5 veces ms de ca-lorparaelevar1Csutemperaturaqueunsuelo seco.Disminuir las prdidas de nitrgeno del suelo oca-sionadas por la desnitirifcacin.Propiciarunamayoractividadbiolgica,quefa-vorecelaformacindeunamejorestructuradel suelo y una mayor fertilidad.Desventajas. Las principales desventajas del drenaje agr-cola son: Altos costos de inversin, debido a que se requie-re de cierto tipo de obras (movimiento de tierras, surcos y zanjas, drenes topo, drenes subterrneos, colectores, etc.),Existe mayor posibilidad de que se tenga erosin hdrica,Enaossecosaumentaeldfcithdrico,porlo que los cultivos reducen sus rendimientos.Losdrenesabiertosocupanunreaquepodra aprovecharse para los cultivos.Lostaludesdelosdrenesyzanjasabiertasson susceptiblesalaerosin,porloquerequieren obras de proteccin que son costosas. Adems, su mantenimiento debe ser estricto para evitar la in-vasin de malezas o el exceso de sedimentos que les restan capacidad de evacuacin.Eldrenajesubterrneocontribuyealaprdidao 4reduccin de nutrientes del suelo. Cuandoexistenterrenosdepropiedadparticu-lardentrodelazonaderiego,losdrenesdeben respetar al mximo posible los linderos de dichas propiedades, lo que limita al sistema.Caractersticas de los dos tipos de drenaje agrcola. Las caractersticas principales de los dos sistemas de drena-je, superfcial y subterrneo, se presentan a continuacin.Sistema de drenaje superfcial. Son obras o acciones que se realizan sobre la superfcie del terreno, para propiciar el escurrimientoporgravedaddelosexcesosdeaguaave-locidades no erosivas y que tampoco cause problemas de sedimentacin, as como para interceptar y desviar el agua quesedirigehacialaparceladesdeterrenoscolindantes ms altos. De acuerdo con Palacios (2002), las condiciones que gene-ralmente se presentan para que ocurra este tipo de proble-mas, son: Precipitaciones de alta intensidad, Baja velocidad de infltracin del agua en el sue-lo, inferior a la intensidad de la precipitacin.Poca pendiente de los suelos que no propicia el escurrimiento.Unsistemadedrenajesuperfcialtienetrescomponen-tesbsicos,1)elsistemaderecoleccin,2)elsistemade desagey3)elsistemadecoleccin(drenessuperfciales colectores),querecibenelescurrimientocaptadopara trasladarlo fuera de los lmites de los terrenos protegidos y posteriormente a algn cauce natural, reservorio, mar, etc.El sistema de recoleccin del agua puede ser uno o compo-nerse de varias de las siguientes obras: Nivelacin,emparejamientoo conformacinde la superfcie del terreno, con el fn de suprimir las hondonadas o depresiones que acumulen agua o bien dando pendientes suaves al terreno para que propiciar el escurrimiento del agua. Surcos profundos y con pendiente contina hacia una zanja conectada con los colectores de drena-je.Zanjas, canales o desages, ya sean para intercep-tar, captar y desalojar el agua o para unir las partes bajas de los terrenos con los colectores de drena-je.Bordos para proteccin o encauzamiento del agua hacia las zanjas colectoras.Se puede complementar con drenes topo o con drenaje subterrneo entubado.Colectores de drenaje.Pozos de absorcin o drenaje vertical.Una combinacin de los anteriores.Los canales, zanjas, bordos y drenes subterrneos pueden construirse de tres formas:En paralelo en terrenos casi planos con topografa uniforme.Figura 1. Sistema paralelo Con pendiente cruzada que siguen el contorno de la pendiente en terrenos moderadamente inclina-dos de topografa irregular (espina de pescado).Figura 2. Espina de pescado Localizadoparadrenarlasdepresionesdonde existen encharcamientos en terrenos relativamen-te planos de topografa ondulada. Figura 3. Sistema localizadoFuente: Types of relief drainage systems (SCS-USDA: Drainage of Agricultural Land (1973)5Sistemadedrenajesubterrneo.Consistedeobrasque seconstruyenbajolasuperfciedelsuelo,paracaptary desalojarexcesosdeaguaderivadosdefltracionesode niveles freticos elevados.Puedenserdrenesinterceptorescolocadosperpendicular otransversalmentealaslneasdecorrientepararecoger losfujosdeagualibreydrenescolectoresodedesage, orientados segn las lneas de pendiente para conducir el agua fuera de la parcela. Estos a su vez, tambin deben des-embocar a drenes superfciales colectoresHay cuatro tipos de drenaje subterrneo: Zanjas abiertas profundasZanjasprofundascubiertasconfltrosdegrava, arena, etc., as como con tubos.Drenes internos cilndricos o tubulares sin revesti-miento: drenes topo.Drenesinternoscilndricosrevestidosodrenaje entubado, que es el ms comn en la actualidad.EspecifcacionesDiseo de la red. Segn Rojas (1976), el diseo de un siste-ma de drenaje superfcial comprende dos fases principales, el trazo y el diseo de las secciones hidrulicas.Trazodelared.Eltrazodelareddedrenaje,consisteen laelaboracindeunplanoconlaubicacindecadauno de los drenes primarios y secundarios. Para dicho trazo se tomarn en cuenta segn IMTA (1986), las siguientes espe-cifcaciones:Localizacin.Losdrenesdebernlocalizarsesiempreso-brecaucesnaturales,conlosacondicionamientosquere-quieran para darles la capacidad y funcionamiento adecua-dos, ya que en esta forma se lograr una economa en vas, obras y se evitan afectaciones innecesarias.Parcelamiento.Eltrazadodebefacilitarenloposibleun parcelamiento adecuado, ya que la tenencia de la tierra in-fuye en la densidad de la red bsica de drenaje. As, mien-tras mayor sea el tamao de los predios o lotes, menor ser el nmero de los mismos y por lo tanto, la longitud de los canales de desage.Trazo.IMTA(1986)sealaqueparatenerunmejorfun-cionamientohidrulico,esdeseablequeloscanalesde desagetengantrazorectoyqueseevitenenloposible cambios de direccin. Sin embargo, es mejor el que se ob-tiene mediante canales que sigan las partes de bajas de los terrenos encharcados, en cuyo caso es necesario construir curvasencadacambiodedireccin.Engeneral,debern evitarse las curvas muy cerradas, eligiendo curvas suaves a fn de mejorar las caractersticas hidrulicas y la estabilidad de las secciones de los canales de desage.El IMTA (1986) recomienda para el diseo de curvas las si-guientes curvaturas mnimas sealadas en el Cuadro 1.Cuadro 1. Radios mnimos de curvatura (m) en sue-los estables y sin proteccin en los mrgenes.DeacuerdoconPalacios(2002),ladisposicindelosdes-agesycolectoresparcelariosbajodistintascondiciones de pendiente de los terrenos son: Pendientemnima.Losdesagesyloscolectores debenserperpendiculares,quesuslongitudes seanmoderadas,conespaciamientoshomog-neos y sus pendientes deben ser continuas.Zanjas pequeas con anchomenor de 4.5 m.Zanjas de tamao mediano con un ancho de 4.5 a 10.7 m.Zanjas grandes con ancho mayor a 10.7 m.Menos de 0.05De 0.05 a 0.10Menos de 0.05De 0.05 a 0.10Menos de 0.05De 0.05 a 0.109012215218318324419141110107Fuente: IMTA, 1986.Figura 4. Distribucin de planos de escurrimiento y desages en terrenos sin pendiente. Con pendiente hacia una sola direccin. Se deben ajustarlosdrenesdemodoquelaslongitudes seanlasadecuadas,detalmaneraquenoseal-cancenvelocidadesdeescurrimientoqueprovo-quenerosin.Loscolectoressecolocanperpen-dicularesalapendiente,enformadetajosque captan los escurrimientos.6Figura 5. Distribucin de planos de escurrimiento y desages en terrenos con pendiente.El diseo del sistema de desages de acuerdo con Palacios (2002), consiste en:Localizarelsitio,generalmentedeuncolector, quepuedeserunazonabaja,dondeserecibirn losvolmenesdeaguaremovidos.Cuandolas condicionestopogrfcasnopermitenlasalida gravitacional del agua, tiene que considerarse una estacin de bombeo, con todo lo que esto implica.Defnir la ubicacin en planta de los desages, lo queimplicadefnirsuespaciamientoylocaliza-cin. Defnir la capacidad de conduccin y dimensiones de la seccin hidrulica de los desages y colecto-res de drenaje superfcial.Estructuras. Al momento de realizar los levantamientos to-pogrfcos, se localizan estructuras del sistema de desage yentrelasprincipalesestnlospuentes,alcantarillas,ca-das, entradas de agua, vados, remates fnales, etc.Diseodelasseccioneshidrulicas.Lainfuenciadela rugosidad de taludes y fondo de un canal o dren se mani-festa en funcin del tamao de la seccin hidrulica. IMTA (1986), propone la siguiente relacin:Donde:n = Coefciente de rugosidad (adimensional)r = radio hidrulico, mLosvaloresdeloscoefcientesderugosidadsepresentan en el Cuadro 2.Cuadro 2. Valores de n para canales y zanjas dados por Hartn. La Ecuacin 1 o el Cuadro 2 se utilizar en base a la informa-cindisponibleycuandoseutilizanambos,espreferible utilizar el valor mayor.Velocidades mximas y mnimas permisibles V (m/s) en los drenes. Velocidad mxima permisible. Segn Luthin (1967), para evitar el deslave en las zanjas abiertas desprovistas de ve-getacin,antesdeldiseosedebenconocerlasvelocida-desmximaspermisibles.Enelcuadro3semuestranlas velocidades mximas permisibles considerando el material en que reposan los canales.Cuadro 3. Velocidades mximas permisibles en m/s para diferentes canales( ) r n ln 0071 . 0 032 . 0 = ---------- (1) Velocidad mnima permisible. Depende de la sedimenta-cin,crecimientodeplantasacuticasycontrolsanitario. Lavelocidadalaquenoseproducesedimentacin,de-pendedelmaterialtransportadoporelagua.Enlaprcti-ca para asegurar el arrastre de limos, la velocidad debe ser mayora0.25m/syparaarenassuperiora0.5m/s.Segn FIRA (1985), la velocidad mnima permisible es posible ob-CONDICIONES DE LAS PAREDESSupercie Perfectas Buenas Medianas MalasEn tierra, alineados y uniformesEn roca, lisos y uniformesEn roca con salientes y sinuosoSinuosos y de escurrimiento lentoDragados en tierraCon lecho pedregoso y bordos de tierra enhierbadosPlantilla de tierra, taludes speros0.170.0250.0350.02250.0250.0250.0280.200.0300.0400.0250.02750.0300.0300.02250.0330.0450.02750.0300.0350.0330.0250.035s/d0.0300.0330.0400.035Fuente: Coras, 2000.Condicin de canalVel. Max.Arena naFranco ArenosoFranco limoso aluvialFranco FirmeArcilla no plstica (coloidal)Limos aluvialesHardpans0.500.580.670.831.251.252.00Fuente: Coras, 2000.7tenerlaenelcanalconladeterminacindesupendiente mnima, de tal forma que se propicie la mnima sedimenta-cin. Como se muestra en el Cuadro 4, la velocidad est en funcin del material de arrastre.Cuadro 4. Velocidades (m/s) mnimas en cauces par evitar la sedimentacinEl crecimiento de plantas acuticas y de musgos puede dis-minuirgrandementelacapacidaddedescargadelcanal, por lo que en general, una velocidad media de 0.75 m/s im-pedir tal crecimiento, aunque la velocidad media del agua en los canales abiertos debe ser superior a 0.40 m/s. En las zanjascolectorasraramenteserposiblemantenerestas velocidadesmnimas,porloquesernecesariosegarlas plantas acuticas con mayor frecuencia (ILRI, 1977).Seccintpica.SegnIMTA(1986),paralaredbsicade drenajesedebenutilizarzanjasacieloabiertodeseccin trapecial, cuyo nivel de agua est siempre abajo del terre-no, ya que solo en estas condiciones se permitir el desfo-gue de los drenes superfciales y subterrneos, adems del escurrimientolateraldelaguasuperfcialhaciaelinterior de los mismos. Para lograr lo anterior, es indispensable que toda la seccin delcanaldedrenajeseformemedianteexcavacindela cubeta de los canales de drenaje, con una profundidad m-nima de 1.2 a 1.8 m, incluyendo el bordo libre del 25% de la profundidad de diseo, como lo seala Luthin (1967). En los suelos de turba y orgnicos, se debe incluir un valor adi-cional para considerar asentamientos.Taludes Z. La inclinacin depende en cada caso particu-lar de varios factores, pero muy particularmente de la clase de terreno donde estn alojados. Por ejemplo, en un mate-rial rocoso se podrn permitir taludes que tiendan a ser ver-ticales, en cambio en terrenos ms arenosos se tendr que construir con taludes ms tendidos, para evitar derrumbes, etc., que elevan los costos de conservacin (Cuadro 5). Cuadro 5. Talud para secciones trapeciales en diferentes materiales.Los taludes recomendados para los canales de desage se presentan en el Cuadro 6.Cuadro 6. Taludes para canales.IMTA (1986) sugiere que en el diseo del talud deber pre-verse el tipo de mantenimiento a realizar, pues ste, estar determinado por el talud como se observa en el Cuadro 7. Cuadro 7. Taludes de los canales de drenaje para varios mtodos de mantenimiento.Tipo de material En el fondo MediaArcillaArcilla na (2 mm)Arena gruesa (5 mm)Gravilla (8 mm)Grava (25 mm)0.080.160.210.320.650.110.230.300.460.93Fuente: Pizarro, 1978.Caractersticas de los suelos Canales pocoprofundosCanalesprofundosFuente: Trueba, 1984.Roca en buenas condicionesArcillas compactas o conglomeradosLimos arcillososLimos arenososArenas sueltasVertical0.5:11.0:11.5:12.0:10.25:11.0:11.5:12.0:13.0:1Seccin Prof. (cm)TaludesrecomendadosTaludesmnimosFuente: Agricultural Engineers Yearbook, 1967, citado por Coras (2000).TriangularTriangularTrapezoidalTrapezoidal0.30 0.600.63 ms0.30 0.900.93 ms6:14:14:11.5:13:13:12:11:1Observaciones TaludesrecomendadoTipo de mantenimientoFuente: Coras, 2000.Segadoras 3:1Pendientes ms planas,tractores de ruedas. Equipos especiales para pendientes mayores.Para canales de ms de1.30 m de profundidad se deben utilizar trampasGeneralmente en suelosmuy estables donde el control de la vegetacin no es posible a ms de 1.30 m de profundidad.Son mejores las pendientes ms suavesSon mejores las pendientes ms suavesPastoreo 2:1o mas planoDragas 1:1Equipos de cuchillas3:1Arados de vertedera3:1Productos qumicosCualquieraTener cuidado con cultivosQuema Cualquiera ---------8rea del dren A (m2). Se calcula con la siguiente frmula presentada por Arteaga (1993): 2zd db A + = ---------- (2) Donde:b = base (m)d = Tirante hidrulico (m)z = Talud de la pared (adim.)Permetro de mojado P (m). Se calcula con la siguiente frmula presentada por Arteaga (1993): 1 22+ + = z d b P ---------- (3) Donde:b = base (m)d = Tirante hidrulico (m)z = Talud de la pared (adim.)RadiohidrulicoR(m).Secalculaconlasiguientefr-mula presentada por Arteaga (1993): 1 222+ ++=z d bzd bdR---------- (4) Donde:b = base (m)d = Tirante hidrulico (m)z = Talud de la pared (adim.)Libre bordo E (m). Es recomendable usarse para seccio-nes sin revestimiento en tanto no se tengan valores espec-fcos (Arteaga, 1993).Donde:d = Tirante hidrulico (m)EjemplosEstimacin del caudal de diseo para el rea de un proyec-to. Ejemplo de aplicacin del Mtodo de la Curva Nmero adaptado por Rojas (1984) para drenaje superfcial. Consiste en realizar los siguientes clculos:Tiempo de drenaje (td)Lluvia de diseo (Pd)Escorrenta de diseo (E)Caudal de diseo (Q)Capacidad de los colectores en las intersecciones d E 3 / 1 = ---------- (5) Clculodeltiempodedrenaje(td).El tiempo de drenaje se calcula con la frmula 6: 10 t tt td =---------- (6) Donde:tt = tiempo total de exceso de agua, (hr).t10 = tiempo para que el suelo alcance un 10% de aireacin (hr), que depende de la textura del suelo y se obtiene en el Cuadro 8.A su vez, el valor de tt se calcula con la frmula 7:46 . 0Dp Cc tt =---------- (7) Donde:Cc = Coefciente de cultivo (adim) y se obtiene en el Cuadro 9.Dp = Dao permisible (%) y su valor se asume en un 10%.Cuadro 8. Tiempo (hr) para que el suelo recupere 8, 10 y 15% de aireacin despus de saturado, para diferentes clases texturales.Cuadro 9. Coefciente de cultivo Cc utilizado en el clculo del tiempo total de exceso deagua tt.t8 t10 t15 TexturaFuente: Rojas, 1984.ArenaArena naFranco arenosoFrancoFranco limosoFranco arcilloso arenosoFranco arcillosoFranco arcilloso limosoFranco arenosoArcillo limosoArcillosoBancoBajo1.32.06.311.219.310.29.518.44.416.031.99.812.72.03.010.820.236.718.416.934.97.329.963.617.623.24.16.929.861.3122.255.049.9115.419.096.3230.852.272.0Cc CULTIVOFuente: Rojas, 1984.AlfalfaAlgodnTrbolCebollaGarbanzoFrijoles negrosTrbol ladinoMazGirasolPasto braqiariaSoyaSorgoTabacoPapaTomateZanahoria36.2513.9354.059.8024.773.7438.3112.9012.26125.5233.0212.515.9310.328.0011.489Un ejemplo de datos de textura superfcial de tres series de suelos, se muestra en el Cuadro 10.Cuadro 10. Textura superfcial Considerandoqueexistenvariastexturassuperfcialesen elreadelejemplo,secalcularunvalorponderadopara elparmetrot10aobtenerdelCuadro8.Entonces,consi-derandolosporcentajesdetexturasuperfcialenelrea del ejemplo que son, Franco Arenosa 22.0%, Franco Limosa 69.4% y Franco Arcillo Arenosa 8.6% y ponderndolos para las diferentes texturas, se obtiene un valor de 29.4 hrs para t10.Para obtener el valor del Coefciente de Cultivo Cc del Cua-dro9,seeligieltrbolladinocomoejemplo,cuyovalor de Cc de 38.31.Por lo tanto, el valor de tt es: hrs tt 49 . 110 ) 10 ( 31 . 3846 . 0= = ro de Curva del Soil Conservation Service S.C.S. (1972), me-diante la siguiente ecuacin: das hrs td 3 81 4 . 29 49 . 110 = = = Donde:Pd =Lluvia de diseo, (cm).S =Infltracin potencial, (cm).El valor de S se calcula mediante la ecuacin: ( )( ) S PdS PdE + =8 . 02 . 02----------- (8) Donde:CN = Nmero de la Curva, (adim).El valor de CN depende del uso del suelo o cubierta, del tra-tamientooprcticadelsuelo,delacondicinhidrolgica que a su vez se obtiene del cuadro 11 y del tipo hidrolgico del suelo. Cuadro 11. Condicin hidrolgica para varios usos del suelo (CP, 1991). 54 . 2 101000((

|.|

\|=CNS ---------- (9) Textura supercial Serie de Suelo Sup.(ha) Sup. (%)Franco arenosaFranco limosaFranco Arcillo ArenosaPalmarCafetalesLimonesTOTAL349.241,106.46136.561.592.2622.069.48.6100.0Entonces, el valor de td es:Clculo de la lluvia de diseo (Pd). La lluvia de diseo de-pende de dos factores, el tiempo de drenaje y el perodo de retorno deseado. El tiempo de drenaje determina a su vez la duracin de la lluvia de diseo.Elperododeretornoseescogedeacuerdoalriesgoque sepuedacorrer,segncriteriosagro-econmicos.ElSoil ConservationServicedeUSA,recomiendaunperodode retorno de 5 aos para obras de drenaje superfcial, que es el seleccionado.El valor de la duracin de la lluvia de diseo para el ejem-plo, corresponde al valor calculado de td, es decir 3 das y la lluvia de diseo Pd se obtiene de la estacin meteorolgica ms cercana, que para el caso del ejemplo se utilizar el va-lor de 13.08 cm.Clculo de escorrenta de diseo (E). La escorrenta de di-seo (E), es la lmina de exceso de agua superfcial que se debe desalojar en el tiempo de drenaje td.Para estimar la escorrenta, se utiliza el mtodo del Nme-Uso del suelo Condicin hidrolgicaPastosnaturalesPastosencondicionesmalas,dispersos, fuertemente pastoreados con menos que la mitaddelreatotalconcoberturavegetal. Pastosconsideradosconcondiciones regulares, moderadamente pastoreados con lamitadolastrescuartaspartesdelrea total con cubierta vegetal. Pastos en buenas condiciones, ligeramente pastoreados y con msdelastrescuartaspartesdelreatotal con cubierta vegetal.reasencondicionesmalas,tienenrboles dispersosyfuertementepastoreadossin crecimientorastrero.reasdecondiciones regulares, son moderadamente pastoreadas yconalgodecrecimiento.reasconsidera-das como buenas, estn densamente pobla-das y sin pastorear.reas boscosasPastizalesmezcladosconleguminosas sujetasauncuidadososistemademanejo depastoreo.Sonconsideradoscomode buenas condiciones hidrolgicas.PastizalesmejoradosPraderas densas, moderadamente pastorea-das,usadasenunabienplaneadarotacin decultivosypraderas,sonconsideradas comoqueestnenbuenascondiciones hidrolgicas.reasconmaterialdispersoy sobrepastoreadas,sonconsideradoscomo malas condiciones hidrolgicas.Rotacinde praderasCondiciones hidrolgicas buenas se reeren acultivosloscualesformanpartedeuna buenarotacindecultivos(cultivosde escarda,praderas,cultivostupidos).Condi-cioneshidrolgicasmalassereerea cultivos manejados basndose en monocul-tivos.Cultivos10Para el ejemplo, se consideraron los siguientes datos:Uso del suelo: pastizales para pastoreo.Tratamiento: no tienen.CondicinHidrolgica:prcticamentecasiel 100% del rea tiene cobertura vegetal por lo que la es catalogada como buena (Cuadro 11).TipoHidrolgico:Paraelejemploseclasifcaron los suelos como del D (alto potencial de escorren-ta).Con esta informacin se entra al Cuadro 12.As, el valor de la Curva Nmero CN para los datos de ejem-plo resulta que es 80.ConelvalordeCN,secalcullainfltracinpotencialS (Ecuacin 9):Con el valor de S y de Pd se obtiene la Escorrenta de diseo E (Ecuacin 8).Clculodelcaudaldediseo(Q).Elcaudaldediseose calculamediantelaEcuacindelCypressCreek(Palacios, 2002): ( ) [ ] 35 . 6 54 . 2 10 1000 = = CN Scm ( )( )cm E 68 . 735 . 6 8 . 0 08 . 1335 . 6 2 . 0 08 . 132= + =

pA C Q ---------- (10) 2462 . 1 573 . 4 E C ---------- (11) tdEE2424---------- (12) ObteniendoestosdatosseentraalCuadro12,endonde se presentan los valores de CN para diferentes condiciones.Cuadro 12. Curvas nmero (CN) para los complejos suelo-cobertura en cuencas en condicin de hume-dad media (CP, 1991).Uso del sueloo cubiertaBarbechoCultivosen surcosCultivostupidos ygranospequeosLeguminosasen hilera oforraje enrotacinde siembradensaPraderas opastizalesTratamientoo prcticaCondicin hidrolgicaGrupo de sueloHidrolgicoABCDSurcorectoSurcorectoSurcorectoEncontornoEncontornoEncontornoyterraceadoEncontornoyterraceadoSurcorectoSurcorectoEncontorno EncontornoEncontornoyterraceadoEncontornoyterraceadoSurcorectoSurcorectoEncontornoEncontornoEncontornoyterraceadoEncontornoyterraceadoSi ntratamSi ntratamSi ntratamEncontornoEncontornoEncontornoMal aMal aBuenaMal aBuenaMal aBuenaMal aBuenaMal aBuenaMal aBuenaMal aBuenaMal aBuenaMal aBuenaMal aAceptabl eBuenaMal a Aceptabl eBuenaBuenaMal aAceptabl eBuena777267706566626563636161596658645563516849394725630453625597274868178797574717675747372707772756973677969616759355866605574828491888584828078848382817978858183788076867974817570717773708287909491898886828188878584828189858583838089848088837978837977868992Praderas(permanente)Bosques Parques,pati osCami nosdeti erraCami nosdesuper ci e duraDonde:C= Coefciente de drenaje (l/s/ha)A= rea a drenar (ha)p = exponente emprico, usualmente 5/6.La frmula anterior presenta la conveniencia de incorporar el efecto del aumento del rea a drenar en el valor fnal del caudal de diseo.ElCoefcienteCdedrenaje,seobtienedeunaecuacin propuesta por Stephen y Mills (1965):Donde:E24= Escorrenta de diseo para 24 hrs (cm)A su vez, E24 es calculada mediante:Donde:E = Escorrenta diseo, (cm).td =Tiempo de drenaje, (hr).11ConlosvaloresdelejemplodeEytd,seobtieneelvalor de E24:Siendo el valor del coefciente de drenaje C:El rea de las cuencas de los cauces del rea del ejemplo es de 1,592.26 ha.Por lo tanto, para el rea del ejemplo se obtiene el siguiente valor de caudal total a desalojar:Clculo de la capacidad de los colectores en las intersec-ciones. Segn Rojas (1976), la determinacin del gasto que pasarporundrencolectoraguasabajodeunaintersec-cin, puede realizarse en dos formas:Sumando las capacidades de los colectores que se unen.Estemtododaunacapacidadmayorque la que se describe en el siguiente inciso, debiendo utilizarse,cuandolasreasdrenadasporlosco-lectores son casi iguales. Esto es debido a que los tiempos de concentracin sern aproximadamen-te iguales.Considerando todo el rea de la cuenca aguas arri-badelainterseccinyutilizaruncoefcientede drenaje ponderado (en caso de que sean diferen-tes). Este mtodo ser utilizado cuando un cauce que drena una pequea rea se une a otro colector de rea de aportacin mucho mayor. En los casos intermedios se puede utilizar una combinacin de ambos mtodos.El Soil Conservation Service recomienda el siguiente proce-dimiento llamado Regla 20-40.Caso 1. Cuando el rea tributaria de uno de los colectores est entre 40 y 50 por ciento del rea total, la capacidad del dren aguas abajo de la interseccin, se determina sumando las capacidades de ambos colectores antes de la unin.Caso 2. Cuando el rea tributaria de un colector es menor al 20 por ciento del rea total, la capacidad del colector se obtiene sumando ambas reas y utilizando un coefciente de drenaje ponderado (rea equivalente), para toda el rea.Caso3.Enelcasodequeelreadrenadaporunodelos laterales est en el rango de 20 a 40 por ciento del rea to-tal, el gasto total puede ser obtenido a partir de la descarga menor obtenida por el mtodo (1), al 20% y proporcionado a la descarga mayor obtenida por el mtodo (2) al 40%. De cm cm E 56 . 2 72 24 68 . 724 ) / / ( 7 . 8 56 . 2 62 . 1 573 . 4 ha s l C s l Q / 82 . 053 , 4 26 . 592 , 1 7 . 865 esaformaelclculosehacemedianteelcmputodelos caudales por ambos casos (1 y 2) y obteniendo la diferencia entre esos dos valores; entonces se hace una interpolacin utilizando el valor real del porcentaje del rea del lateral en cuestin.Clculo de reas equivalentes (Ae). Cuando el exceso de agua es removida a diferentes cantidades en varias partes de una cuenca, es necesario transformar los datos en reas equivalentesoencaudalesequivalentes,demaneraque los clculos puedan llevarse a cabo sin ninguna confusin.La mejor forma de realizar estos clculos, es mediante una recopilacin de diferentes coefcientes de drenaje basados enelreatotaldecadasub-rea,envezdeutilizarcoef-cientesporunidadderea.Lasdiferentescurvassegraf-can para facilitar el clculo.Espaciamiento entre drenes parcelarios subterrneos (Frmula de Hooghoudt). Existenvariasfrmulasempricasparacalcularelespa-ciamientoentredrenessubterrneos,quedependendel rgimenderecargadelosmantosfreticossuperfciales, yaseapermanenteoestablecidoonopermanenteono establecido.Paraelcasodelapresentefchaquesereferealdrenaje dezonaslluviosas,enlasqueexisteunequilibriodinmi-codebidoaquelamismacantidaddeaguaqueingresa es la misma que sale, se utilizan los conceptos de rgimen permanente,cuyafrmuladeHooghoudteslasiguiente (Figura 6, Quiroga 2007): qHKaqHDe kb L224 8 ---- (13) LHQBKbKaDPTFigura 6. Parmetros de un sistema de drenajeDonde:L = Separacin entre drenes, mKa=Conductividadhidrulicaporencimadelniveldel dren, m/daKb = Conductividad hidrulica por abajo del nivel del dren, m/da12H = Altura del nivel fretico del piso al dren, mDe = Profundidad equivalente, m, que es igual a:q = Coefciente de drenaje, m/da, que es igual1 )) (ln( )155 . 2 (( PmDLDDDe-- (14) ETP I C LD q 1-------------------- (15) paradeterminarelespaciamiento(L).Sielvalorobtenido se diferencia apreciablemente del valor supuesto, se repite el procedimiento con el nuevo valor encontrado para (L) y assucesivamente,hastaobtenervaloressufcientemente cercanos de (L). Tras varios tanteos el valor de (L) calculado debe ser igual al supuesto.Como ejemplo de aplicacin, se va a considerar a un suelo con los siguientes datos: La profundidad del dren (P), es de 1.25 mLa base del dren (B) es de 0.30 mEl Tirante de agua (T) es de 0.05 mEl Talud del dren (m) es de 0.5La capa impermeable est situada a 7.0 m de pro-fundidad (P+D)Por lo tanto, la profundidad o distancia del hidroa-poyo al fondo del dren (D), es de 5.75Elprimervalorqueseasignadedistanciaentre drenes (L1) para el proceso iterativo, es de 40 mLa altura (H) del nivel fretico es de 0.15 m Para la lluvia de diseo (LD), se utiliza como dato que la mxima precipitacin pluvial para un tiem-poderetornode5aosesde500mm/dao0.5 m/da o 0.021 m/hr.El Coefciente de escorrenta (C), del mtodo racio-nal, seleccionado para este caso, es de 0.5La Intensidad de la lluvia (I) es LD/24 = 0.021 m/hrLa evapotranspiracin diaria (ETP) es de 3.76 mm/da o 0.00376 m/daSe procede hacer los clculos con las Ecuaciones 13, 14, 15 y 16: 2121 2 m T B Pm ------------------- (16) 2121 2 m T B Pm 412 . 0 5 1 05 . 0 2 3 . 0212 Pm mmPmDLDDDe92 . 21 ))412 . 040(ln( )4075 . 555 . 2 ((75 . 51 )) (ln( )155 . 2 (( ETP I C LD q 1 0.021 (1 0.5) * 0.021 0.00376 = 0.0067 mqHKaqHDe kb L6410067 . 015 . 02 . 1 40067 . 015 . 092 . 2 2 . 1 84 8222 L = 25.3 m Donde:D=Profundidadodistanciadelhidroapoyoalfondodel dren, mL1 = Distancia estimada entre drenes, mC = Coefciente de escorrenta del mtodo racional (adim.)LD = Lluvia de diseo, m/daI = Intensidad de la lluvia, m/daETP = Evapotranspiracin, m/daPm = Permetro de mojado del dren, m, que es igual a:Donde:B = Base del canal, mT = Tirante de agua, mm = Talud del canalLaprofundidaddelosdrenes(P),sedefneenbaseala profundidad del sistema radical del cultivo de la parcela a drenar.La conductividad hidrulica del suelo (Ka y Kb), est relacio-nada con la textura y estructura del suelo y puede ser obte-nido en campo o laboratorio. Tambin puede ser estimado utilizando el Cuadro 13 (Quiroga, 2007):Cuadro 13. Conductividad hidrulica de algunas clases texturales de suelo.TexturaFranco arenosaFrancoFranco limosoFranco arcillosoK(m/da)3. 01. 51. 20. 5Fuente: Mar t nez, 1986.Ejemplo de aplicacin de la ecuacin de Hooghoudt. La resolucindelaecuacindeHooghoudtensuexpresin ms general, requiere de un clculo iterativo. Inicialmenteseasumeunvalorde(L1)arbitrarioparaun drendeciertopermetromojado(Pm),calculndosea continuacinelespesordelestratoequivalente(De)con la Ecuacin 14. Este valor se introduce en la Ecuaciones 13 13Si se continua con el proceso asignando un segundo valor a L1 de 25 m, el segundo valor de L es de 22.3 y as sucesiva-mente hasta encontrar el valor de L1 de 21.3 m que coinci-de con el de L igual tambin a 21.3 m (Cuadro 14).Paraejemplifcarelprocedimientoconotrosdatosdistin-tosdeprofundidaddedrenes,profundidaddelhidroapo-yo y conductividad hidrulica del suelo, en el Cuadro 14 se presentan resultados obtenidos con dicho proceso iterati-vo, manteniendo constantes los siguientes valores:(B) de 0.3 m(T) de 0.05 m(LD) de 0.021 m/hr(C) de 0.5 (I) de 0.021 m/hr(ETP) de 0.00376 m/da(H) de 0.15 mCuadro 14. Espaciamientos entre drenes para dife-rentes valores de profundidad de dren (P) y con-ductividades hidrulicas del suelo (Ka y Kb).Para complementar la informacin, en el Cuadro 15 se pre-sentan algunos da tos de profundidades y espaciamientos de drenes mas comunes en suelos no diferenciados.Cuadro 15. Profundidades y espaciamientos de drenes, mas comunes en suelos no diferenciadosMtodosparacalcularlosgastosdediseohidruli-coparadrenajeengeneral.Enelapartado6.1.4seuso laecuacindeCypressCreekparaelclculodelgastoen drenesdeaguassuperfciales,sinembargo,demanera general, la mayora de los procedimientos para calcular es-currimientohansidodiseadosparaestimarlascrecidas mximas o avenidas mximas. Entre los mtodos se tienen eldeenvolventesmximas,elracionalyelracionalmodi-fcado:Mtodo de envolventes. Este mtodo toma en cuenta slo el rea de la cuenca. Aunque no son mtodos que analicen propiamentelarelacinentrelalluviayelescurrimiento, pueden ser de gran utilidad en los casos en que se requie-ran slo estimaciones gruesas de los gastos mximos pro-bables, o bien, cuando se carezca casi por completo de in-formacin.Mtodo racional. Dentro de la importancia de los escurri-mientos, se considera la estimacin de ellos para la planea-cin de obras de manejo de los recursos hidrulicos y para su aprovechamiento en reas de riego.El escurrimiento mximo de un rea de drenaje es esencial paraeldiseodeestructurasvertedorasydealmacena-miento,portalraznesnecesarioestimarlos,paraellose usanformulasempricascomoelmtodoracional,elcual se expresa por la ecuacin.Donde:Qs = Gasto mximo probable de escurrimiento en m3/s.C=coefcientedeescurrimiento,quevarade0.1a1,el cualdependedelascaractersticasdelacuenca,esadi-mensionalI = Intensidad de la lluvia expresada en mm/h.A = rea de la cuenca, en ha.0.0028 = Coefciente de conversin de unidades, resultante de cambiar mm y hectreas a m2, y horas a segundos.ElCoefcientedeescurrimientoeslaproporcindelluvia que fuye superfcialmente sobre el terreno como escorren-ta. Depende entre otros factores, de la pendiente, del tipo desuelo,delacubiertavegetal,delahumedaddelsuelo previaalalluvia,ascomodelaintensidadyduracinde la lluvia.Mtodo racional modifcado. Los excesos de la precipita-cinmximosencuencaspequeastambinpuedenser estimados por el mtodo racional modifcado. Este mtodo puede ser utilizado cuando existen datos pluviogrfcos de P Kb q LFuente: Obteni dosporel autor.p+D Pm D L1 De Ka L1.251.251.251.501.501.501.751.751.751.501.501.507.07.07.06.06.06.05.05.05.04.04.04.00.4120.4120.4120.4120.4120.4120.4120.4120.4120.4120.4120.4125.755.755.754.504.504.503.253.253.252.502.502.5040.025.021.340.025.020.740.022.019.740.030.028.82.922.262.042.672.151.932.281.831.741.941.811.791.21.21.21.21.21.21.21.21.22.52.52.51.21.21.21.21.21.21.21.21.22.52.52.50.00670.00670.00670.00670.00670.00670.00670.00670.00670.00670.00670.006764149845258647442950240738889883882925.322.321.324.221.820.722.420.219.730.028.928.8SUELO ESPACIAMIENTO(m)PROFUNDIDAD(m)ArcillosoArcillo limosoFranco LimosoFranco arenosoArenoso francoSuelos Irrigados10 - 1713 - 1320 - 3333 - 4033 - 6750 - 2001.00 - 1.151.00 - 1.151.15 - 1.301.30 - 1.501.30 - 1.651.65 - 2.65CIA Qs 0028 . 0 ---------- (17) 14una estacin dentro o cerca del rea de estudio, utilizando la frmula 32 (Colegio de Postgraduados, 1991).Donde:Q = Escurrimiento mximo, en m3/sC=Coefcientedeescurrimiento,quevarade0.1a1,de acuerdoconlascaractersticaspropiasdelacuenca(Cua-dro 16).P=Lluviadediseoparaunperododeretornodado,en mm.A = rea de la cuenca, en ha.Es importante considerar que para un perodo crtico, la llu-via reportada en 24 horas se puede presentar en una hora, por lo que este valor se debe expresar en cm/hora.Cuadro 16. Valores de C para el clculo de escurri-mientos.CPA Q 0028 . 0 ---------- (18) Para drenaje subterrneo:TrazoExcavacinColocacin de la tuberaColocacin de las conexiones de la tubera y sea-lamientos externosEnterrado de la tubera y acomodo de materialesConstruccin de estructuraso De proteccin a la tuberao De aforoo Rejillas coladeras y registrosEquipo para su construccinDadoqueelestudiodelamaquinariautilizadaparala construccin,operacinymantenimientodelossistemas dedrenajeesmuyamplioydetallado,solosemencionan los tipos de maquinaria que en la prctica son los ms uti-lizados.Drenes a cielo abierto.a. Maquinaria pesada:Zanjeadota mltiple (Extractora y desparramado-ra del material)DragasExcavadorasZanjeadorasTractores de Empuje y de LevanteMotoconformadorasCamiones de Volteob. Equipo ligero y mediano:Retroexcavadoras y Traxcavos montados a tractor agrcolaEquipo ligero con implementos como cincel y cu-charnDrenes entubados.a. Maquinaria pesada:Zanjadoras:De cincelDe cadenaDe disco rotatorioMotoconformadorab. Equipo ligero y mediano:Escrepas autopropulsadasBosquePlano (0-5% pendiente)Ondulado (6-10% pendiente)Escarpado (11-30% pendiente)PastizalesPlano (0-5% pendiente)Ondulado (6-10% pendiente)Escarpado (11-30% pendiente)Terrenos CultivadosPlano (0-5% pendiente)Ondulado (6-10% pendiente)Escarpado (11-30% pendiente)0.100.250.30 0.100.160.22 0.300.400.520.300.350.50 0.300.360.42 0.500.600.72TopografaVegetacinTextura del SueloGruesa Media Fina0.400.500.60 0.400.550.60 0.600.700.82Fuente: Colegio de Postgraduados, 1991Procedimientos para su implementacin Los procedimientos que en la prctica son los ms utiliza-dos, son:Para drenes a cielo abierto:TrazoExcavacinRetiro y acomodo de materialesConstruccin de estructuraso De proteccino De aforoo De acceso y trnsitoo Rejillas coladeras y registros15EmparejadoraNiveladoraCucharonesEquipo rayo lser y remolque de los rollos de pls-ticoCostos asociados Unavezquesehandefnidolosdiferentescomponentes del proyecto, como la ubicacin ms conveniente de latera-les y colectores, longitudes, dimetros, necesidad de piezas auxiliares etc., se procede a la estimacin de los costos, que estn constituidos por:Estudiosprevios,incluyendoestudiostopogrf-cos,anlisisdesuelos,determinacindelacon-ductividad hidrulica, visitas a las parcelas, etc.Materiales y accesorios, incluyendo principalmen-te tubera de diferente dimetro, coples, uniones, Ts, tapones, rejillas y fltros.Instalacin. Esta generalmente se cobra por metro lineal,enfuncindelaprofundidad.Mientrasno serebaseelrangodeprofundidadaquepuede instalar el equipo disponible por parte de la com-paaconstructora,puedeserunmismoprecio. Un caso especial puede ocurrir cuando se tengan queusardostractoresparalatraccindelama-quinaria.Algunascompaaspuedencobrarun preciopormetrolineal,incluyendomaterialese instalacin, del orden de 40 a 50 pesos.Operacinymantenimientodurantelavidatil del sistema.Intereses por fnanciamiento.Los costos suelen expresarse en pesos y dependen princi-palmentedelespaciamiento,delaprofundidadydeldi-metro dominante de los drenes. Los costos entre 12,000 a 21,000 por hectrea suelen ser comunes.Bibliografa.Arteaga T. E. 1986. Pequeas zonas de riego. Estudios y pro-yecto (Primera parte). Chapingo, Mxico. Departamento de Irrigacin. UAChColegiodePostgraduados.1991.ManualdeConservacin del Suelo y del Agua (3a ed.) Montecillo, Mx. C. P.Coras M. P. M. 2000. Drenaje Superfcial. Chapingo, Mxico. 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