Diseño drenaje superficial



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DISEÑO DRENAJE SUPERFICIAL
Leopoldo Juvenal Ortega Corrales

Ingeniero Agrónomo

INIA Remehue

I. INTRODUCCION

El drenaje es una tecnología que tiene como objetivo eliminar el exceso de agua que se puede acumular, tanto en la superficie como en el interior del suelo, con el fin de proporcionar las condiciones de aireación y actividad biológica necesarias para el crecimiento y desarrollo de las raíces.


Según la localización de los excesos de agua, el drenaje se clasifica en subsuperficial o superficial.
En drenaje subsuperficial, el problema consiste en un exceso de agua en el perfil del suelo, debido a la presencia de una napa freática, permanente o fluctuante, ubicada sobre una estrata impermeable.
Por drenaje superficial, se entiende la remoción de los excesos de agua que se acumulan sobre la superficie del terreno, a causa de lluvias muy intensas y frecuentes, topografía muy plana e irregular y suelos poco permeables (Rojas, 1984).
El tema del drenaje subsuperficial ha sido objeto de muchos estudios y la literatura abunda en referencias al respecto; no ocurriendo lo mismo con el drenaje superficial de tierras agrícolas, que prácticamente está comenzando a ser estudiado en detalle (Rojas, 1984).
El exceso de agua sobre los terrenos puede ser ocasionado por cuatro causas principales: precipitación, inundaciones, limitaciones topográficas y limitaciones edáficas. La precipitación es la principal fuente de exceso de agua; las inundaciones son consecuencia de la precipitación y las limitaciones topográficas y edáficas contribuyen a agravar la acción de las causas anteriores (Rojas, 1984).
El desbordamiento de los ríos es causa de algunos problemas de drenaje superficial, pero se considera como un problema de control de inundaciones relacionado al manejo de cuencas, más que con un tema de diseño de drenaje superficial propiamente tal.
En el suelo, las características de textura arcillosa, estructura masiva y de estratificación, son determinantes en la formación de problemas de drenaje superficial.
La topografía es causante del problema de drenaje superficial, en el caso de topografías muy planas (< 0,5% de pendiente), presencia de depresiones sin salida natural y cuando existe microrelieve con depresiones pequeñas y medianas.
La necesidad del drenaje superficial se justifica en zonas donde los factores climáticos, las condiciones hidrológicas, las características de los suelos, la topografía y la utilización de la tierra, dan lugar a que el agua permanezca inundando la superficie del suelo, durante un tiempo superior al que los cultivos pueden soportar sin manifestar serios efectos sobre los rendimiento y/o sobrevivencia.
Los tipos más característicos de problemas de drenaje del Sur de Chile, y en particular los de la Xa. Región, conocidos comúnmente como “Ñadis”, “hualves” y “vegas”, corresponden a problemas de drenaje superficial.

II. PRINCIPIOS Y CRITERIOS DE DISEÑO.


    1. Modelo Hidrológico.

En diseño de drenaje superficial, sólo se considera el exceso de agua en la superficie sin considerar el flujo sub-superficial. De esta forma el sistema se reduce al representado en la Figura 1.

EVAPOTRANSPIRACION


PRECIPITACION


SISTEMA


SUELO - COBERTURA

ESCORRENTIA





INFILTRACION



FIGURA 1. Modelo Hidrológico del Drenaje Superficial.
En este modelo se considera un área independiente sin aportes externos y en tal caso las “entradas” se reducen sólo a la precipitación sobre el área , la cual es afectada por el sistema suelo-cobertura que regula las “ salidas” que son la evapotranspiración, infiltración y escorrentía.
Conociendo el comportamiento de la precipitación, la variación de la evaporación e infiltración y el efecto regulador del sistema suelo-cobertura, se puede determinar la escorrentía, la cual constituye la información básica para el cálculo de la red de drenaje.



    1. Criterio de Cálculo de la Escorrentía.

El criterio que se utiliza para el cálculo de la escorrentía para drenaje superficial con fines agrícolas, es que lo importante es evacuar el exceso de agua en un tiempo razonable de acuerdo a la sensibilidad del cultivo, y por lo tanto, lo que nos interesa no es precisamente la crecida máxima, sino la escorrentía total en un cierto período de tiempo. Por consiguiente, se acepta además, que parte de la cuenca pueda estar inundada durante algunas horas.


Por lo tanto, no se deben utilizar para estos fines, aquellos métodos que han sido establecidos para el cálculo de las crecidas máximas instantáneas, como la Ecuación Racional y el Hidrograma Unitario, salvo en aquellos casos en que se requieran para el diseño de algunas estructuras, como alcantarillas y puentes.


    1. Componentes del Sistema de Drenaje.

Es necesario diferenciar dos componentes del diseño de drenaje superficial: el primero es el cálculo de la red colectora principal y el segundo se refiere a la determinación de la capacidad de las tierras para permitir el flujo del exceso de agua hacia esos colectores.


El primer componente, o sea, el diseño de la red colectora, ha sido el más estudiado hasta ahora y en la actualidad existen métodos suficientemente aceptables para realizar el diseño.
El segundo componente es más complicado puesto que depende del microrelieve del terreno y hasta ahora no existe un método suficientemente probado para permitir un diseño racional. En algunos casos, este último aspecto se resuelve utilizando métodos de acondicionamiento superficial, que modifican la topografía y el microrelive del terreno a fin de proporcionar pendientes que permitan una rápida evacuación de las aguas. También para este mismo fin se pueden utilizar los drenes topo, que cumplen el objetivo de recolectar y conducir el agua de saturación hacia los colectores.

III. METODO CURVA NUMERO ADAPTADO POR ROJAS, PARA EL CALCULO DE LA ESCORRENTIA.
Lamentablemente, las Bases Técnicas de los Concursos de Drenaje de la Ley 18.450 no contemplan un trato diferenciado para los proyectos de Drenaje Superficial, y tampoco permiten el uso de métodos alternativos para el cálculo de escorrentías y caudales, no quedando otra salida que utilizar una de las tres metodologías indicadas en el numeral 2.2 ”Determinación de la fuente de recarga que origina el problema de drenaje , las que no corresponden al caso, ya que son conceptual y técnicamente solamente aplicables al caso de drenaje subsuperficial.
Es importante que los profesionales y consultores que participan de la Ley de Fomento, tengan conciencia de este problema, que debería ser resuelto lo antes posible, ya que en la medida que no cambie esta situación, “no queda más remedio” que “someterse” a las Bases, con la salvedad de conocer en qué medida los resultados obtenidos con la metodología 2.2 b) de las Bases (recarga proveniente de aguas lluvias) difieren de los obtenidos con un método más conceptualmente correcto.
Con este propósito, se recomienda la utilización del “Método Curva Número adaptado por Rojas”.
Este método fue desarrollado para drenaje superficial por el Ing. Rafael Rojas, como investigador del CIDIAT, en 1984, y se tienen referencias que ha dado buenos resultados en los llanos tropicales. El método se fundamenta en consideraciones hidrológicas (precipitación y características de la cuenca) y agronómicas (suelo y cultivo).
Este método calcula la escorrentía total en un determinado período de tiempo, y no la crecida máxima instantánea, como es el caso de métodos como la Ecuación Racional y el Hidrograma Unitario.
Este enfoque se basa en que para drenaje superficial con fines agrícolas, lo importante es evacuar el exceso de agua en un tiempo razonable de acuerdo a la sensibilidad del cultivo, y por lo tanto, lo que nos interesa no es precisamente la crecida máxima, sino la escorrentía total. Por consiguiente, se acepta además, que parte de la cuenca pueda estar inundada durante algunas horas.
Este método es utilizado para estimar la escorrentía total a partir de datos de precipitación y otros parámetros de las cuencas de drenaje. El método fue desarrollado utilizando datos de un gran número de pequeñas cuencas experimentales:
El método consta de las siguientes etapas:


  1. Cálculo de tiempo de drenaje (td).

  2. Cálculo de la lluvia de diseño (Pd).

  1. Cálculo de la escorrentía de diseño (E).

d) Cálculo del caudal de diseño (Q).
3.1 Cálculo del tiempo de drenaje (td).
El tiempo de drenaje es el tiempo de inundación que el cultivo tolera sin que se reduzca significativamente su producción. Este tiempo de inundación permite un nivel de daño pre-establecido para una cierta combinación de cultivo-suelo-clima, que se denomina "daño permisible", y se obtiene de consideraciones agronómicas.
La Figura 2 muestra esquemáticamente la relación entre el tiempo total, el tiempo de inundación o tiempo de drenaje y el tiempo requerido para alcanzar el 10% de aireación en el suelo.

Figura 2. Esquema del proceso de inundación y tiempo.
Cuando ocurre una precipitación, tal como se muestra en la Figura 2, se inicia el proceso de infiltración y los poros del suelo comienzan a llenarse de agua. A medida que el tiempo transcurre, la velocidad de infiltración disminuye y al cabo de un cierto tiempo es menor que la intensidad de la lluvia y en ese momento, se inicia la acumulación de agua en la superficie del terreno, y consecuentemente, la inundación y la escorrentía. Por otra parte, estando el terreno inundado se inicia el tiempo de exceso de agua. Durante el resto de la duración de la lluvia, tanto la lámina de inundación como de escorrentía van aumentando hasta alcanzar un valor máximo; el suelo acumula agua y pierde aire, pudiendo incluso llegar a la saturación.
Al cesar la lluvia comienza el período de recesión de la lámina superficial por efecto de una escorrentía decreciente hasta que la lámina superficial desaparece. En tal momento termina la inundación y el suelo comienza a recuperar el aire. Cuando la aireación alcanza a un 10% concluye el tiempo de exceso de agua.
El tiempo transcurrido entre el inicio de la inundación y aquél en el cual el suelo alcanza un 10% de aireación es el tiempo total de exceso de agua. Las obras de drenaje permiten disminuir sólo el tiempo de inundación al acondicionar la topografía y el microrelieve del terreno y construir la red de drenaje y consecuentemente, esto acelera la escorrentía. Por tal motivo, para fines de diseño, el tiempo de inundación es equivalente al tiempo de drenaje.
Por lo tanto, el exceso de agua superficial deberá ser evacuado en un tiempo igual o menor al tiempo de drenaje para mantener un nivel de daño escogido. De esta manera, el sistema de drenaje debe tener la capacidad suficiente para evacuar el exceso de agua superficial que se produzca durante el tiempo de drenaje. Es por ello que la duración de la lluvia de diseño deberá ser igual al tiempo de drenaje td
El tiempo de drenaje se calcula con la siguiente fórmula:
td = tt - t10
Donde:
td = tiempo de drenaje, (hr).

tt = tiempo total de exceso de agua, (hr).

t10 = tiempo para que el suelo alcance un 10% de aireación, (hr).
El valor de t10 se obtiene de la Tabla 1, y depende de la textura del suelo.

TABLA 1. TIEMPO (HR) PARA QUE EL SUELO RECUPERE 8, 10 Y 15 % DE AIREACION DESPUES DE SATURADO, PARA DIFERENTES CLASES TEXTURALES.



TEXTURA



t8


t10


t15

Arena

1,3

2,0

4,1

Arena fina

2,0

3,0

6,9

Franco arenoso

6,3

10,8

29,8

Franco

11,2

20,2

61,3

Franco limoso

19,3

36,7

122,2

Franco arcilloso arenoso

10,2

18,4

55,0

Franco arcilloso

9,5

16,9

49,9

Franco arcilloso limoso

18,4

34,9

115,4

Franco arenoso

4,4

7,3

19,0

Arcillo limoso

16,0

29,9

96,3

Arcilloso

31,9

63,6

230,8

Banco

9,8

17,6

52,2

Bajío

12,7

23,2

72,0

El valor de tt se calcula mediante la siguiente expresión:


tt = Cc x Dp 0,46
Donde:
Cc = Coeficiente de cultivo, (adim).

Dp = Daño permisible (%).


El valor de Dp se asume en un 10%.
El valor del Coeficiente de cultivo Cc, se obtiene de la Tabla 2 siguiente:
TABLA 2. COEFICIENTE DE CULTIVO Cc UTILIZADO EN EL CALCULO

DEL TIEMPO TOTAL DE EXCESO DE AGUA tt.



CULTIVO



Cc

Alfalfa

36,25

Algodón

13,93

Trébol

54,05

Cebolla

9,80

Garbanzo

24,77

Frijoles negros

3,74

Trébol ladino

38,31

Maíz

12,90

Girasol

12,26

Pasto braqiaria

125,52

Soya

33,02

Sorgo

12,51

Tabaco

5,93

Papa

10,32

Tomate

8,00

Zanahoria

11,48

Arveja

11,35



3.2 Cálculo de lluvia de diseño (Pd).
La lluvia de diseño depende de dos factores: el tiempo de drenaje y el período de retorno deseado.
El tiempo de drenaje determina la duración de la lluvia de diseño.
El período de retorno se escoge de acuerdo al riesgo que se pueda correr, según criterios agro-económicos. El Soil Conservation Service de USA, recomienda un período de retorno de 5 años para obras de dreaje superficial.
Para el cálculo de la lluvia de diseño, se recomienda utilizar Tablas o Curvas de H-F-D, generadas mediante el Método Gumbel. En estas Tablas, se selecciona un valor de H (mm), para valores de duración D igual a td (hr), y período de retorno T (años), siendo la lluvia de diseño el valor de H seleccionado.
3.3 Cálculo de Escorrentía de diseño (E).
La Escorrentía de diseño (E), es la lámina de exceso de agua superficial que se debe evacuar en el tiempo de drenaje td.
Para estimar la escorrentía, se utiliza el método del "Número de Curva" del Soil Conservation Service S.C.S. (1972), mediante la siguiente ecuación:
E = [ ( Pd - 0,2 x S ) 2 ] / [ Pd + 0,8 x S ]
Donde:
E = Escorrentía de diseño, (cm).

Pd = Lluvia de diseño, (cm).

S = Infiltración potencial (cm).
El valor de S, se calcula mediante la ecuación:
S = [ ( 1000 / CN ) - 10 ] x 2,54
Donde:
CN = Número de la Curva, (adim).
El valor de CN se obtiene en la Tabla 3, y depende del tipo hidrológico de suelo, del uso del suelo, y de la condición hidrológica.
Tabla 3. Curvas nUmero (CN) para los complejos suelo-cobertura en CUENCAS en condiciOn DE HUMEDAD MEDIA.



Uso del suelo o



Tratamiento



Condición


Grupo de suelo Hidrológico

Cubierta

o práctica

hidrológica

A

B

C

D

Barbecho

Surco recto

Mala

77

86

91

94

Cultivos en surcos

Surco recto

Surco recto

En contorno

En contorno

En contorno y terraceado

En contorno y terraceado



Mala

Buena


Mala

Buena


Mala

Buena


72

67

70



65

66

62



81

78

79



75

74

71



88

85

84



82

80

78



91

89

88



86

82

81



Granos pequeños

Surco recto

Surco recto

En contorno

En contorno

En contorno y terraceado

En contorno y terraceado



Mala

Buena


Mala

Buena


Mala

Buena


65

63

63



61

61

59



76

75

74



73

72

70



84

83

82



81

79

78



88

87

85



84

82

81



Leguminosas de siembra densa o praderas de rotación

Surco recto

Surco recto

En contorno

En contorno

En contorno y terraceado

En contorno y terraceado



Mala

Buena


Mala

Buena


Mala

Buena


66

58

64



55

63

51



77

72

75



69

73

67



85

81

83



78

80

76



89

85

85



83

83

80



Praderas o pastizales

En contorno

En contorno

En contorno



Mala

Aceptable

Buena

Mala


Aceptable

Buena


68

49

39



47

25

6



79

69

61



67

59

35



86

79

74



81

75

70



89

84

80



88

83

79



Praderas (permanente)




Buena

30

58

71

78

Bosques (en predios agrícolas)




Mala

Aceptable

Buena


45

36

25



66

60

55



77

73

70



83

79

77



Parques, patios







59

74

82

86

Caminos de tierra







72

82

87

89

Caminos de superficie dura







74

84

90

92

El tipo hidrológico de suelo, se define de acuerdo a su potencial de Escorrentía, y se clasifican cuatro grupos:




  • Bajo potencial de Escorrentía : Tipo A.

  • Moderadamente bajo potencial de Escorrentía : Tipo B.

  • Moderadamente alto potencial de Escorrentía : Tipo C.

  • Alto potencial de Escorrentía : Tipo D.

La definición de cada uno de los tipos hidrológicos de suelo, se presenta en la Tabla 4.


Tabla 4. Grupos de suelos segUn su potencial de escurrimiento, para el cAlculo de la curva nUmero (CN).


Grupo

Descripción

A

Bajo potencial de escorrentía. Suelos que tienen altas tasas de infiltración aún cuando están bien mojados, consistentes principalmente en arenas o gravas profundas y bien a excesivamente drenados. Estos suelos tienen una alta tasa de transmisión de agua.

B

Moderadamente bajo potencial de escorrentía. Suelos con tasas de infiltración moderadas cuando están bien mojados, moderadamente profundos a profundos, moderadamente bien a bien drenados, con texturas moderadamente finas a moderadamente gruesas. Estos suelos tienen una tasa de transmisión de agua moderada.

C

Moderadamente alto potencial de escorrentía. Suelos con tasas de infiltración lentas cuando están bien mojados, principalmente con una capa que impide el movimiento hacia abajo del agua, o de textura moderadamente fina a fina y una tasa de infiltración lenta. Estos suelos tienen una tasa lenta de transmisión de agua.

D

Alto potencial de escorrentía. Suelos que tienen tasas de infiltración muy lentas cuando están bien mojados, principalmente suelos arcillosos con un alto potencial de expansión; suelos con una napa subterránea permanente alta; suelos con claypan o capa arcillosa en la superficie o cercana a ella; y suelos poco profundos sobre materiales casi impermeables. Estos suelos tienen una tasa muy lenta de transmisión de agua.

La condición hidrológica, depende de la cobertura vegetal, de acuerdo a lo siguiente:


- Cobertura mayor al 75% : Condición hidrológica BUENA.

- Cobertura entre 50 y 75% : Condición hidrológica REGULAR.

- Cobertura menor al 50% : Condición hidrológica MALA.
3.4 Cálculo del Caudal de diseño (Q).
El caudal de diseño se calcula mediante la siguiente fórmula:
Q = C x A 5/6 Ecuacion del Cypress Creek (Mc Crory, 1965)
Donde:
Q = Caudal de diseño (l/s).

C = Coeficiente de drenaje (l/s/ha).

A = Area a drenar (ha).
La fórmula anterior presenta la conveniencia de incorporar el efecto del aumento del área a drenar en el valor final del caudal de diseño.
Si el área a drenar fuese muy pequeña, el caudal de diseño para drenar esa superficie se calcularía multiplicando el coeficiente de drenaje por el área. Pero es sabido que, a medida que el área de la cuenca de drenaje aumenta, el caudal de drenaje producido por unidad de área, disminuye por efecto del almacenamiento, pérdidas en la red colectora, y el tiempo de concentración.
Desafortunadamente, en nuestro medio no existen estudios que permitan determinar ese decrecimiento. Sin embargo, las experiencias del U.S. Soil Conservation Service (1973), partiendo de la ecuación de Cypress Creek (Mc Crory, 1965), han mostrado que esa disminución puede ser obtenida elevando el área a una potencia de 5/6.
El Coeficiente C, se obtiene de una ecuación propuesta por Stephen y Mills (1965):
C = 4,573 + 1,62 x E24
Donde:
C = Coeficiente de drenaje, (l/s/ha).

E24 = Escorrentía de diseño para 24 hrs, (cm).


A su vez, E24 es calculada mediante:
E24 = ( E x 24 ) / td
Donde:
E = Escorrentía diseño, (cm).

td = Tiempo de drenaje, (hr).


3.5 Ejemplo de aplicación del Método de la Curva Número adaptado por Rojas (caso Proyecto Drenaje Frutillar-Pellines).
Cálculo del tiempo de drenaje (td).
Los antecedentes de textura superficial se obtuvieron del Estudio Agrológico, en los subcapítulos "Superficie y número de las distintas unidades cartográficas del suelo", en cada serie de suelo, información que se muestra en la siguiente Tabla.
Textura Superficial Suelos Proyecto Drenaje “Frutillar-Pellines”.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------



Textura Superficial Serie de Suelo Sup. (ha) Sup. (%)

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Franco Arenosa Frutillar 172,73 10,8

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Franco Limosa Frutillar 902,06

Paraguay 119,23

Pellines 66,33

Puerto Octay 18,84

TOTAL 1.106,46 69,4

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Franco Arenosa Limosa Frutillar 7,51 0,5

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Franco Arcillo-Arenosa Paraguay 137,47 8,6

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Franco Arenosa Fina Pellines 87,47

López 83,79

TOTAL 171,26 10,7

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

TOTAL 1.595,43 100,0

---------------------------------------------------------------------------------------------------------


Considerando que existen varias texturas superficiales en el área del proyecto, se calculará un valor ponderado para el parámetro t10 a obtener de la Tabla 1.
Además, las clases textuales Franco Arenosa Limosa y Franco Arenosa fina, por no estar presentes en la Tabla 1, se considerarán como Franco Arenosa.
Entonces, se consideran los siguientes porcentajes de textura superficial en el área del proyecto:
Franco Arenosa : 22,0 %

Franco Limosa : 69,4 %

Franco Arcillo Arenosa : : 8,6 %
De la Tabla 1, y ponderando para las diferentes texturas, obtenemos un valor de 29,4 hrs. para t10.
De la Tabla 2, para seleccionar el valor del Coeficiente de Cultivo Cc, se elegirá el trébol ladino, especie abundante en el ára del proyecto, y la más representativa de todas las enumeradas en la Tabla 2. Para trébol ladino, el valor de Cc es de 38,31.
Se asumirá un valor de Dp igual a 10%.
Por lo tanto, el valor de tt es:
tt = 38,31 x (10) 0,46 = 110,49 hrs.
Entonces, el valor de td es:
td = 110,49 - 29,4  81 hrs  3 días
Cálculo de la lluvia de Diseño (Pd).
Se adoptará un valor de período de retorno T igual a 5 años.
El valor de la duración de la lluvia de diseño, corresponde al valor calculado de td, es decir, 3 días.
Según las tablas de resultados del Método Gumbel, obtenemos los siguientes resultados de Altura de precipitación:
Est. Met. Purranque : 137,93 mm.

Est. Met. Tepual : 120,00 mm.


Considerando las distancias de estas estaciones meteorológicas al área el proyecto, realizando la correspondiente interpolación geográfica, resulta un valor de 13,08 cm para la lluvia de diseño Pd.
Cálculo de Escorrentía de diseño (E).
De acuerdo a las definiciones de Clasificación Hidrológica de Suelos de la Tabla 4, y considerando los antecedentes del estudio agrológico, se han clasificado los suelos del proyecto como del tipo Hidrológico D (alto potencial de escorrentía).
Prácticamente casi el 100% del área del proyecto tiene cobertura vegetal, por lo que la Condición Hidrológica es catalogada como buena.
El uso del suelo en el área del proyecto son fundamentalmente pastos de pastoreo.
Con estos antecedentes, de la Tabla 3, seleccionamos el valor de la Curva Número CN, que es 80.
Con el valor de CN, calculamos la infiltración potencial S:
S = [ (1000/80) - 10 ] x 2,54 = 6,35 cm
Con el valor de S y de Pd, obtenemos la Escorrentía de diseño E.
E = [ (13,08 - 0,2 x 6,35 ) 2 ] / [ 13,08 + 0,8 x 6,35 ] = 7,68 cm.
Cálculo del Caudal de diseño (Q).
Con los valores de E y td, obtenemos el valor de E24:
E24 = ( 7,68 cm x 24 ) / 72 = 2,56 cm
Siendo el valor del coeficiente de drenaje C:
C = 4,573 + 1,62 x 2,56 = 8,7 (l/s/ha).
El área de las cuencas de los cauces del área del proyecto son:
Area Estero Kuschel : 2.863 ha, equivalente al 42,1% del total.
Area Río Colegual (antes de confl. con Est. Kuschel) : 3.938 ha, que corresponde al 57,9% del total
Total área del Proyecto : 6.801 ha.
Por lo tanto, se obtiene el siguiente valor de caudal total para el área del proyecto:
Q = 8,7 x (6.801) 5/6 = 13.593 l/s.



  1. DISEÑO Y CALCULO DE REDES COLECTORAS.




    1. Principios de diseño y tipos de obras.

Las redes colectoras de drenaje, corresponden a un conjunto de obras, las cuales deben garantizar el cumplimiento de los siguientes objetivos:




  • Permitir la recolección de las escorrentías generadas por las unidades de superficie prediales (predio) o intraprediales (potreros), mediante la conección de la red colectora con algún punto del perímetro de estas unidades de superficie.




  • Garantizar que las escorrentías del área interna del proyecto no descarguen a los predios ubicados aguas abajo.




  • Asegurar que los caudales totales generados por el proyecto sean absorbidos por la sección natural o por la sección ampliada de los cauces naturales, de manera de no ocasionar desbordes aguas abajo.

Las redes colectoras pueden estar compuestas por las siguientes obras:


Tuberías Colectoras: Son tuberías que reciben las aguas de drenaje y las descargan en zanjas o directamente a los cauces naturales existentes.
Zanjas Colectoras: Son zanjas que reciben las aguas de drenaje y las descargan en los cauces naturales existentes.
Cauces Naturales : Son los ríos y esteros existentes en la red hidrográfica, y reciben las aguas de drenaje de tuberías o zanjas colectoras. Dependiendo de su estado y capacidad, a veces en estos cauces se debe realizar la limpieza y ampliación de su sección.
4.2 Secuencia metodológica general de diseño.
La metodología secuencial para el diseño y cálculo de redes colectoras, considera las siguientes etapas:
1) Definición del trazado de la red de colectores.


  1. Delimitación de áreas aportantes por tramos de longitud de cauces naturales, zanjas o tuberías colectoras.

3) Cálculo del caudal de diseño.


4) Cálculo de la ampliación de los cauces naturales.


  1. Cálculo de dimensiones de los colectores, ya sean zanjas o tuberías.



4.3 Trazado de la Red de Colectores.
Consiste en ubicar en el terreno la red de colectores, y definir la dirección del flujo, para lo cual es recomendable contar con material cartográfico (mapas, planos, croquis, etc.); siendo lo óptimo un levantamiento topográfico del terreno a drenar.
Para realizar este trazado, deben considerarse los siguientes aspectos :


  1. Topografía : Las zanjas deben ubicarse en sentido de la pendiente del terreno, en la medida que el apotreramiento, la forma de los potreros y el trazado seleccionado lo permita.




  1. Apotreramiento y Deslindes : Las zanjas deben quedar ubicadas contiguas a los cercos principales.




  1. Secciones de facilidad constructiva : Las dimensiones resultantes deben ser de un tamaño tal, que no sean demasiado pequeñas ni tan grandes, de tal forma de optimizar el rendimiento de la construcción, ya sea manual o mecanizado.




  1. Resguardar erosión : Evitar conducir caudales muy altos o en pendientes muy excesivas, que produzcan velocidades que sobrepasen la velocidad máxima no erosiva.




  1. Punto de descarga : Deben ser puntos de fácil acceso, y en lo posible, distribuir el caudal en varios puntos de descarga.

Considerando estos criterios, se decide el trazado de la red de colectores y se indica en el Plano "Trazado de la red de colectores y superficies aportantes en el área interna del Proyecto".




4.4 Delimitación de áreas aportantes.
En cada uno de los colectores y cauces natuales a intervenir, se identificn tramos y puntos de su recorrido, en los cuales se reciben caudales de una cierta superficie aportante.
La delimitación de estas superficies aportantes se realiza considerando los siguientes criterios:
1) La pendiente del terreno posee dirección hacia el tramo o punto considerado del cauce o colector.
2) Se considera que los deslindes prediales y los caminos interiores y exteriores, actúan como interceptores de las escorrentías, desviándolas del sentido natural del escurrimiento.
3) Las área aportantes que descargan en puntos de confluencia y no en tramos, en su mayoría son aquellas que son recolectadas por colectores o por cauces naturales.
4) Los puntos de inicio y término de los tramos de áreas aportantes en los colectores, se difinen en aquellos puntos de vértice del trazado y en puntos de confluencia con otros colectores o cauces naturales.
5) Los puntos de inicio y término de los tramos de áreas aportantes en los cauces naturales, se definen en aquellos puntos indentificados con secciones transversales, y en puntos de confluencia con otros colectores o cauces naturales.
Considerando estos criterios, se definen áreas aportantes para los diferentes colectores y cauces naturales a intervenir, los cuales se presentan en los Planos "Trazado de la red de colectores y superficies aportantes en el área interna del Proyecto", y "Superficies aportantes en el área interna y externa del Proyecto"
La importancia de definir estas áreas reside en que son utilizadas para el cálculo de caudales de drenaje, al aplicar el valor de Escorrentía en cada área.
4.5 Caudal de Diseño (Qd).
El Caudal de Diseño o Caudal de Drenaje es áquel generado por una determinada superficie aportante o área de influencia y se obtiene conociendo el valor de la Escorrentía.
En síntesis, como se muestra en el siguiente esquema , mediante modelos y ecuaciones que incorporan factores de suelo y cobertura vegetal, se obtiene la Escorrentía a partir de la precipitación ; posteriormente esta escorrentía se proyecta en una determinada superficie de influencia, generándose el valor de Caudal de Drenaje.

Precipitación

de Diseño



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