EL DRENAJE DE LOS SUELOS AGRICOLAS

Mario A Liotta(*)

liotta.mario@inta.gob.ar

- Que es el drenaje?

La función del drenaje es eliminar el exceso de agua deprimiendo los niveles freáticos, mejorando la aireación, la exploración radicular y el acceso a nutrientes. Asimismo facilita la remoción de sales y evita la resalinización de los suelos. Tales condiciones mejoran y devuelven la productividad a tierras potencialmente fértiles que se encuentran marginadas del proceso productivo.

Origen del agua freática.

La saturación del suelo y formación de freáticas superficiales, pueden tener varios orígenes:

-En climas húmedos por un elevado régimen de precipitaciones con escurrimientos que se acumulan en las zonas más bajas conformando pantanos y humedales. Por lo general está asociado a suelos con una baja capacidad natural de drenaje.

-En zonas áridas o semiáridas es determinante el exceso de riego y filtración de acequias y canales no impermeabilizados Las láminas excesivas o en el momento inadecuado producen acumulación sobre estratos arcillosos poco permeables en que los niveles ascienden y se forman freáticas superficiales. En otros casos es por influencia de presión artesiana provenientes de acuíferos profundos en años de abundancia hídrica.

Fig. 1. Generación de freática superficial proveniente desde zonas más elevadas.

Fig. 2. Niveles freáticos superficiales formando lagunas. Rawson (S. Juan).

(*) Investigador en Suelo, Riego y Drenaje. INTA San Juan.

Que efecto produce sobre los suelos y los cultivos?.

Salinización: En terrenos que dejan de cultivarse por varias temporadas y ante la presencia de freáticas superficiales se produce resalinización (ascenso de sales por capilaridad) y pierden su productividad. En estos casos es necesaria la recuperación a través del lavado de suelos y obras de drenaje para evacuar el exceso de sales. La Fig. 3 muestra un terreno que fue cultivado y posteriormente abandonado y se resalinizó por presencia de freática superficial.

Fig. 3. Salinización secundaria por presencia de freática a escasa profundidad

Intoxicación por sales y asfixia radicular: El efecto sobre los cultivos depende de la especie, del tipo de suelo y de la magnitud del fenómeno. Los síntomas propios son asfixia radicular, intoxicación por sales, (Cloruros, Boro), poco vigor, amarillamiento de hojas, bajos rendimientos y en casos extremos, pérdidas del cultivo y salinización del perfil del suelo. La afectación es mayor en culltivos permanentes que desarrollan un mayor sistema radicular en profundidad. Por ejemplo en Cuyo es común observalo en Vid, olivo y frutales.

Fig 4.a. Intoxicación en vid por cloruros Fig 4.b. Intoxicación en hojas de vid con Boro

Investigación con fines de drenaje. Proyectos

La saturación del suelo y freáticas cercanas a la superficie por ser un fenómeno que se produce en el subsuelo no es fácilmente detectable y no se le dá la suficiente importancia hasta que aparecen sintomatologías de amarillamiento, intoxicación, crecimiento restringido y disminución de la productividad en general. Ante las condiciones mencionadas los productores deben recurrir a la acción beneficiosa del drenaje artificial para la eliminación de los excedentes e impedir la degradación de los suelos y asegurar la productividad de los mismos. A continuación se resume a forma de guía los pasos necesarios para la solución del problema a través de un proyecto de drenaje

Diagnóstico inicial: Es el primer paso que consiste en determinar la posibilidad de evacuar los excedentes hacia zonas topográficamente más bajas y depresiones que se denominan áreas de descarga. Por lo general todas las zonas con problemas de drenaje existe una red de drenaje primaria con colectores principales y drenes secundarios o terciarios que descargan en los colectores. Sin embargo, no son comunes los drenes a nivel parcelario.

Construcción de freatímetros: La instalación de una red freatímetrica es básica en los estudios y proyectos de drenaje. A través de su medición se puede conocer la profundidad y movimiento de la napa freática en el tiempo, elaborar los hidrogramas de profundidad del nivel del agua, realizar ensayos de conductividad hidráulica (movimiento del agua a través del suelo) y elaborar los mapas de curvas de igual profundidad freática (isobatas), igual cota (isohipsas) y dirección de flujo.

Consisten en tubos de PVC de 40 o 50 mm de diámetro que se instalan en sectores representativos de la zona bajo estudio. Para que perduren en el tiempo se deben colocar cerca de construcciones permanentes, en línea con alambrados en cabecera o pie de los cultivos y bien señalizados para evitar roturas por maquinaria agrícola.

El pozo se realiza con pala barreno de un diámetro de 12-13 cm a la que se agregan extensiones roscadas hasta conseguir la profundidad deseada. Por lo general es suficiente 3 m. En la parte inferior (unos 80 cm), son ranurados y el tubo se protege con una tela o membrana permeable y material filtrante (arena gruesa, ripio fino) que permitirá la entrada/salida del agua y evitará el ingreso de partículas de suelo al interior del tubo.

Fig 5. Esquema de instalación de un freatímetro

Para la terminación en la parte superior hay diferentes formas proteger el freatímetro. La más sencilla es la

colocación de una tapa a rosca o un tapón de la misma medida. Cuando el freatímetro está instalado en

sectores poco seguros se utiliza una base de hormigón

Fig.6.a Terminación con tapa roscada Fig 6.b. Base de hormigón en la parte superior

Descripción del perfil del suelo: Es un dato de gran importancia debido a que aporta información de las características texturales por capas y hasta la profundidad explorada. La textura se determina al tacto y para ello es necesaria la experiencia de un reconocedor de suelos. No obstante en el caso de duda en alguna determinada textura generalmente se recurre a tomar una muestra y enviarla a laboratorio para determinación de textura por el método de volumen de sedimentación (VS).

Tiene como finalidad conocer las características y tipos de suelos, textura, estructura, disposición de las capas, saturación, etc. Los pozos de los freatímetros son aprovechados también para describir el perfil del suelo. En general es necesaria una observación por cada 3-8 hs ha y algunos pozos mas profundos para determinar la profundidad a la que se encuentran capas arcillosas poco permeables (barrera de drenaje). En sectores salinos e incultos también puede ser necesaria extracción de muestras para análisis de salinidad.

Medición de niveles: La lectura de los freatímetros se puede realizar pasadas 48 hs de instalado una vez que se estabilizó el nivel freático. Los métodos que se utilizan son dos. Con una sonda graduada que posee un sensor en su extremo inferior, el cual al momento de ponerse en contacto con el agua se enciende un display y emite un sonido. En ese momento se hace la lectura directa de la profundidad del agua (Fig. 6.a). El otro método es sencillamente con una cinta métrica que se introduce hasta el final del pozo y luego se descuenta el tramo en que la cinta se encuentra mojada.(Fig. 6.b). En los casos que la cabeza del freatímetro sobresale del nivel del terreno deberá descontarse esa altura a los efectos de obtener la profundidad real.

Fig 6.a Medición con sonda. Fig. 6.b. Medición con cinta métrica

Conductividad hidráulica (K): También conocida como permeabilidad indica el grado o facilidad con que el agua fluye y se desplaza a través del manto saturado. Depende de las características del suelo (forma, tamaño y disposición de los poros). En la práctica se realizan ensayos a campo por el método del “pozo barrenado” que se considera como uno de los más confiables. Se puede realizar también en un freatímetro construido. Consiste en el abatimiento del nivel freático y observar la recuperación del agua (ascenso vertical) en el tiempo. A través de fórmulas establecidas se calculan los valores y se grafican mediante un software específico. La conductividad hidráulica varía según la composición de la textura y la estructura del suelo pudiendo ser muy lenta (< 0,02 cm/día) en suelos de textura fina (arcillosos) hasta muy elevada (> 6 m/día) en los de tipo esquelético (Arenoso con gravas y gravillas).

Conductividad hidráulica (K ) -m/día-

Interpretación Tipo de suelo

> 6,00 Muy elevada Arenoso con gravas y gravillas

3,00 a 6,00 Elevada Arenoso, Arenoso franco

1,56-3,00 Moderadamente elevada Franco arenoso

0,48-1,56 Moderada Franco, Franco limoso, Franco arcilloso

0,12-0,48 Moderadamente lenta Franco arcillo limoso, Franco arc. arenoso

0,02-0,12 Lenta Arcilloso, Arcillo limoso

<0,02 Muy lenta Arcilloso densos

Mapas: Con la información de las lecturas el primer mapa a elaborar es el de curvas de igual profundidad

freática (isobatas) interpolando los valores entre pozos de observación. En el ejemplo de la Fig. 7 corresponde

a un área de 10.000 ha con 60 freatímetros instalados y en donde se han trazado curvas a las profundidades

desde 1 hasta 4 m de profundidad, con intervalos de 0,50 m identificando las áreas entre rangos con

diferentes colores. La zona con mayor riesgo freático que en este caso se presenta en las zonas identificadas

en rojo y amarillo (Hasta 1,50 m) y en donde es necesario el drenaje parcelario para deprimir y controlar los

niveles freáticos hasta 1,50 m como mínimo. En el caso de la Fig. 8 corresponde a una propiedad cultivada con

olivos que se encuentra muy afectada con niveles freáticos hasta 1,20 m de profundidad (zona coloreada)

Fig 7. Dpto Caucete (S. Juan). Áreas de igual profundidad freática (Isobatas) – Octubre 2009

300 m200100

Escala 1 : 4.000

0

4

3

2

1

5

6

7

8 9

10

11

1213

20

14 19

15 18

16 17

1

4

A

G

5

F

2

3

6

7 8

109

B

1112 13

14 15

1617

18

19

Propiedad: FINCA LAS PALMERAS - DOW AGRSCIENCES S A

Ubicación: Calle Abraham Vidart s/n. Dpto Sarmiento. S. Juan

GREEN TREE ConsultoraEstudios de suelos, salinidad

y drenaje

Diseño e instalación de riego

por goteo y aspersión

CURVAS DE IGUAL PROFUNDIDAD FREATICA

Lámina 3

Sup: 194 ha

noviembre 2014

N

REFERENCIAS

Observación de suelo (Barrenado)

Freatímetro

Callejón

CI

E

H

J

K

L

M

N O

P Q

U

T

SR

PICUAL

PICUAL

PICUAL

PICUAL

1,33

1,37

(2,92) 2,28

1,03

0,92

1,20

0,93

0,720,69

1,56

0,80 0,74

0,72 0,94

0,52

1,06

1,69

0,70

1,80

0,78

1,00

1,22

0,55

1,33

1,78

1,32

1,30

1,40

1,4

0m

1,40m

1,6

0m

1,60m

0,80m

0,60m

0,80 m

1,00 m

1,00m

1,20 m

1,2

0 m

1,4

0 m

1,40 m

1,60 m

1,80 m

2,00 m

1,6

0 m

1,8

0 m

2,0

0 m

1,8

0m

1,80m

1,4

0m

1,4

0m

1,6

0m

1,6

0m

0,80m

1,00 m

1,20m

Observación de suelo (Calicata / perfil de dren)

A. V

IDA

RT

2,28 Lectura profundidad del agua (m) -3/10/2014-

Curva de igual profundidad freática

0,60-0,80-1,00-1,20-1,40-1,80-2,00 m

1,20

pasada

DREN ARROYO

1 Número de cuadro

DREN LIMITE NORTE

Menor de 0,60 m..........3,1 ha

Hasta 0,80 m................38,3 ha

Hasta 1,00 m ...............44,5 ha

Hasta 1,20 m ...............118,5 ha

5,74

Fig 8. Olivo. Áreas de igual profundidad freática (Isobatas) – Noviembre 2014

Otros mapas que se pueden obtener son el de topografía y de curvas equipotenciales (de cota de agua), que indican el gradiente hidráulico y permiten trazar las líneas de flujo, que definen como se desplaza el agua, o sea la dirección, el sentido y las zonas de descarga.

Determinación de espaciamientos: Para el cálculo del espaciamiento se utilizan fórmulas para régimen de flujo permanente o no permanente según la situación.

La fórmula de Hooghoudt es la más utilizada en zonas de régimen permanente, típico de zonas húmedas, donde la precipitación es más o menos constante durante un largo período y sus fluctuaciones no son amplias. En estos casos se asume que la recarga de agua y la salida (Descarga) por el sistema de drenaje es constante; permaneciendo la tabla de agua en forma estacionaria; es decir, que no asciende ni desciende de nivel.

Por otra parte en las zonas bajo riego y en donde las precipitaciones son de baja intensidad, la recarga no es constante por lo que deben utilizar soluciones pata régimen variable en donde la recarga de agua no es constante ocasionando la elevación del nivel freático mientras dure la recarga, para luego ir descendiendo paulatinamente hasta un nuevo evento de riego. En estas situaciones se utiliza la ecuación de Glover-Dumm

Un software desarrollado por Villon Bejar (2002), es el programa ESPADREN para zanjas abiertas y drenes entubados, donde los datos que se ingresan son profundidad a la barrera impermeable, profundidad de dren, Conductividad Hidráulica, porosidad efectiva y otros parámetros referidos a profundidad del nivel inicial y al descenso requerido a la distancia media entre drenes zanjas y dimensiones de las mismas. (Fig. 9).

Fig. 9. Determinación de espaciamiento de drenaje usando ESPADREN

Fuente: Villón Bejar M. Instituto Tecnológico de Costa Rica (2002).

Trazado de la red: El trazado de drenes parcelarios se realiza sobre las áreas más afectadas manteniendo en lo posible los espaciamientos calculados. Se deben aprovechar las máximas pendientes del terreno y callejones amplios (en el caso de drenes a cielo abierto). En la Fig. 10 y considerando la propiedad con olivos mencionada anteriormente se trazó el sistema de drenaje siguiendo la dirección del flujo con un espaciamiento medio de 130 m y para mantener el nivel freático a 1,20 m de profundidad en el periodo mas crítico.

300 m200100

Escala 1 : 4.000

0

4

3

2

1

5

6

7

8 9

10

11

1213

20

14 19

15 18

16 17

1

4

A

G

5

F

2

3

6

7 8

109

B

1112 13

14 15

1617

18

19

Propiedad: FINCA LAS PALMERAS - DOW AGRSCIENCES S A

Ubicación: Calle Abraham Vidart s/n. Dpto Sarmiento. S. Juan

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y drenaje

Diseño e instalación de riego

por goteo y aspersión

SISTEMA DE DRENAJE

Lámina 5

Sup: 194 ha

noviembre 2014

N

REFERENCIAS

Observación de suelo (Barrenado)

Freatímetro

Callejón

10 m

10 m

9 m

CI

E

H

J

K

L

M

N O

P Q

U

T

SR

PICUAL

PICUAL

PICUAL

PICUAL

8 m

7 m

6 m

5,00 m

11 m

11 m

10,5

0 m

10,5

0 m

9,5

0 m

9,5

0 m

9 m

8,5

0 m

8,5

0 m

8,0

0 m

7,5

0 m

7 m

7,5

0 m

6,5

0 m

6,5

0 m

6 m

5,5

0 m

5,5

0 m

5,0

0 m

Observación de suelo (Calicata / perfil de dren)

A. V

IDA

RT

4,5

0 m

pasada

DREN ARROYO

4,5

0 m

4,00 m

4,00 m

4,50 m

3,50 m

3,50 m

1 Número de cuadro

6.16

4,36

1,80

i

4.88

2,91

1,97

k

3.50

2,05

1,70

l

4.54

2,79

1,75

g

3.14

1,50

4.64

4,80

7.20

2,40

f

7.80

5,64

2,16

b

8.72

6,28

2,44

a

5,16

6.84

1,68

h

5,03

7.20

2,17

4,39

5.85

1,46

d

c

e

DREN LIMITE NORTE

Drenes existentes

4.54

2,79

1,75

g Inicio / Fin de tramo

Cota de terreno (m)

Cota de fondo de dren (m)

Profundidad de dren

Curva de nivel

Dren a realizar

Figura 10. Trazado de una red de drenaje parcelario

Tipos de drenes

Existen dos tipos de drenes, los descubiertos o a “cielo abierto” y los subterráneos. En ambos casos pueden ser excavados manualmente o con máquina retroexcavadora. En cualquiera de los dos sistemas el agua comienza a fluir hacia y por la zanja (o los tubos), creando una depresión que se manifiesta por una curva. Un sistema de drenaje estará bien diseñado cuando el punto central entre dos drenes se encuentre lo suficientemente profunda para no afectar al cultivo.

Por lo general poseen una forma en V, con un talud que varía de acuerdo al tipo de textura y estructura del perfil del suelo. El más común es 1:0,5, es decir 0,50 m de ancho por cada metro de profundidad (ángulo de 60 º). Cuando el talud es muy vertical se torna inestable y se producen desmoronamientos. Respecto a la pendiente lo más recomendable es entre el 0,15 % (15 cm/100 m) hasta 0,30 % (30 cm/100 m). Cuando no es posible conseguir esas pendientes se debe recurrir a estaciones de bombeo.

Los drenes abiertos pierden eficiencia de trabajo al poco tiempo debido a que pierden profundidad por

desmoronamiento y proliferación de malezas acuáticas. Para un óptimo funcionamiento es necesario

limpiarlos y reprofundizarlos al menos una vez al año. Los drenes subterráneos pueden ser de hormigón,

cerámica o tubería plástica perforada de PVC. Se recubren con material filtrante (ripio), cuya granulometría

debe impedir el paso de sedimentos hacia la tubería y que no se obstruya con el tiempo. (Fig. 12.a y 12.b). Si

bien tienen una inversión inicial mas costosa, presenta varias ventajas respecto a los descubiertos. Estando

bien diseñados y construidos: mantenimiento mínimo, no ocupan espacio ni interfieren con las labores

culturales. Además no interrumpen el transito de vehículos dentro de la propiedad ni es necesaria la

construcción de pasantes y puentes.

Fig. 12. a Esquema de un dren entubado Fig. 12.b Construcción de dren entubado

Otra alternativa de drenaje subterráneo consiste en el sistema “topo” que consiste en realizar galerías en el

subsuelo que permitan drenar el agua de la zona saturada. Para este fin se utiliza subsolador que arrastra una

pieza en forma de bala y que conforma las galerías de drenaje, a una profundidad que oscila entre los 40 y los

80 centímetros. La labor, para que sea eficiente es necesario un subsuelo con un contenido de arcilla suficiente

que permitan que los orificios se mantengan estables y no se obstruyan durante un tiempo prolongado. Se

deben sequir las líneas de pendiente hacia las zonas de descarga (colectores, zonas deprimidas). .

Bibliografía consultada

-Liotta M, R. Carrión (2014). Estudio de suelos y Drenaje finca “Las Palmeras” (Dow Agrosciences Argentina). Dpto Sarmiento. San Juan

- Ortiz Maldonado, G y V. Carmona (2010)- “Comportamiento de los niveles freáticos antes y después del dique de embalse Potrerillos en los distritos Costa de Araujo y G. Andre- Rio Mendoza – Argentina”. IV Jornadas de Actualización en Riego y Fertirriego

- Pereyra, Rafael- 2010- “Comportamiento del nivel freático en el tercio inferior del área bajo riego del río Atuel. cuenca del rio Atuel. Mendoza – Argentina”. Tesis de Magister Scientiae en Riego y Drenaje. IV Jornadas de Actualización en Riego y Fertirriego. Mendoza

- Ciancaglini, N., D. Sagua, R. Carrión, D. La Mattina y G. Navarro- (2009)- “Evaluación de los niveles freáticos en los departamentos de Albardón, Angaco, San Martín, Caucete y 25 de Mayo”. Prosap, San Juan, 40 p.

- Ciancaglini, N. J.M. Gioja, D. Sagua, R. Carrión, D. La Mattina y G. Navarro- (2012)- “Resultados obtenidos con la red freatimétrica en el área piloto del dpto. San Martín entre octubre 2008 a noviembre 2012”. Prosap- San Juan. 70 p.

- Martínez Beltrán, J. (2007)- “A component of the FAO normative programme on land drainage: mexico case

study on the evaluation of the performance of subsurface drainage systems”. BELTRAN (22) 24/5/06 11:03 Página 691. FAO.

- Ortiz Maldonado G., J. Morábito; E. Rearte y L. Mastrantonio (2005) “Salinidad del agua freática en el área regadía del río Mendoza”. Rev. FCA UN C. Tomo XXXVII. N° 2. Año 2005. 51-64.

- Coras-Merino, Pablo Miguel (2006)- “Elementos climáticos y su relación con la fluctuación del nivel freático”.TERRA Latinoamericana, Vol. 24, Núm. 3, julio-septiembre, 2006, pp. 375-382. Universidad Autónoma Chapingo.Chapingo, México

Villon Bejar M. (2002) ESPADREN: Software para el cálculo de espaciamiento de drenes terciarios. Tecnología en Marcha. Vol. 18 N.˚ 2 Especial. Instituto Tecnologico de Costa Rica.