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GOBIERNO DE CHILE
              MI N I S T E R I O D E A G R I C U L T U R A


     COMISION NACIONAL DE RIEGO
CORPORACIÓN DE FOMENTO DE LA PRODUCCIÓN




  DRENAJE EN SUELOS AGRICOLAS




INSTITUTO DE INVESTIGACIONES AGROPECUARIAS
               INIA - CARILLANCA

                    FEBRERO 2001
DRENAJE DE SUELOS AGRICOLAS
          Leopoldo Ortega C                             Luis Sagado S
             Ing. Agrónomo.                           Ing. Agrónomo Ph.D.
Instituto de Investigaciones Agropecuarias        Facultad de Ingeniería Agrícola
Centro Regional de Investigación Remehue           Universidad de Concepción



1. INTRODUCCION

El mal drenaje de los suelos, tanto externo como interno, ha sido un aspecto al que
históricamente no se le ha dado la importancia merecida. Por un lado, la actitud
normal de los agricultores ha sido evitar utilizar aquellos suelos con problemas de
drenaje, o usar cultivos de corto período de desarrollo que crezcan durante la
temporada en que el problema no es evidente. Asimismo, la acción estatal de
fomento a la investigación, transferencia tecnológica, y construcción de obras de
drenaje es aún escasa, y no guarda relación con la envergadura e importancia del
problema.


Salgado (1991), indica que estudios de suelos realizados entre Santiago y Osorno,
reportan una superficie de 800.000 ha con problemas de drenaje restringido, que
representan el 38% del total arable entre ambas ciudades. Por su parte, Ortega
(1993), citando cifras elaboradas por INIA-Remehue, indica que en la X Región
existen 554.675 ha con problemas de drenaje, que representan el 32,4% de la
superficie total con aptitud agropecuaria.


Ningún país puede darse el lujo de permitir que más de un 30% de su superficie
agropecuaria se encuentre limitada en su producción. El impacto en su economía es
de una magnitud tal que puede representar un verdadero freno a su desarrollo.


El objetivo del presente Boletín Técnico es proporcionar a agricultores, técnicos y
profesionales no especializados en esta temática, elementos de juicio y antecedentes
técnicos necesarios y suficientes que permitan realizar un acertado diagnóstico de un
problema de drenaje, recomendar algunas labores y obras tipo y elaborar un perfil de
proyecto de drenaje.


                                                                                    1
Cabe hacer presente que la mayoría de los estándares expuestos en el presente
documento, corresponden a valores promedio de obras ejecutadas en la X Región.
Por lo tanto, estos valores deben utilizarse con la prudencia del caso, y adecuarlos,
dependiendo de las características del terreno, tipo de maquinaria y condiciones de
trabajo. Más aún, si se trata de condiciones muy particulares, o de proyectos en
otras regiones.



2. DEFINICION DEL PROBLEMA.

El suelo está constituido por una fase sólida, líquida y gaseosa. Para que las semillas
germinen, las plantas crezcan, se desarrollen adecuadamente y produzcan altos
rendimientos, es necesario que en el suelo coexistan equilibradamente las tres fases:
la fase sólida, representada por las partículas de suelo; la fase líquida, representada
por el agua; y la fase gaseosa, representada por el aire.


Como se indica en la Figura 1, bajo condiciones de mal drenaje o de exceso de agua,
el aire presente en el suelo es removido y el espacio libre es ocupado por el agua. En
tales circunstancias, las plantas son afectadas en sus procesos esenciales, debido a
que el oxígeno es indispensable para la respiración de las raíces.




Figura 1.    Fases existentes en un suelo no saturado y saturado


El drenaje es una tecnología que tiene como objetivo fundamental, disminuir el exceso
de agua acumulada, tanto en la superficie como en el interior del suelo, con el fin de
mantener las condiciones óptimas de aireación y actividad biológica indispensables
para los procesos fisiológicos de crecimiento y desarrollo radicular, como se muestra
en la Figura 2.
                  SUELO SATURADO


                                                SUELO DRENADO                         2




                                              TUBERIA DE DRENAJE
Figura 2.    Diferencia de crecimiento radicular y vigor de la planta bajo
             condiciones de mal y buen drenaje




3. CLASIFICACION DEL PROBLEMA DE DRENAJE.

Según la localización de los excesos de agua, el problema de drenaje se clasifica en
subsuperficial y superficial.


En el caso del drenaje subsuperficial, el problema se produce por un exceso de
agua en el interior del suelo, debido a la presencia de una napa freática, permanente
o fluctuante, a una profundidad tal que restringe el desarrollo radicular. Se llama
"napa freática", a la superficie de agua presente en el suelo, la cual marca el límite
entre el suelo saturado y el suelo no saturado. Generalmente, la napa freática se
ubica sobre una estrata impermeable, la cual impide el movimiento vertical del agua,
produciendo la condición de suelo saturado. En la Figura 3 se presenta un diagrama
generalizado de un sistema de drenaje subsuperficial.




                                                                                     3
Figura 3. Diagrama generalizado del drenaje subsuperficial.


En cambio, por drenaje superficial se entiende la remoción de los excesos de agua
acumulados sobre la superficie del terreno, a causa de lluvias muy intensas y
frecuentes, topografía muy plana e irregular y suelos poco permeables (Rojas, 1984).


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 superficial del sur de Chile, y en
particular en la X Región, son los conocidos comúnmente como “ñadis”, “hualves” y
“vegas”.

                                EVAPOTRANSPIRACION
En la Figura 4 se presenta un modelo hidrológico del drenaje superficial.




   PRECIPITACION
        Y/O                           SISTEMA
                                  SUELO - COBERTURA                  ESCORRENTIA
   FILTRACIONES


                                                                                     4



                                      INFILTRACION
Figura 4. Modelo hidrológico simplificado 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, puede determinarse la
escorrentía, la cual constituye la información básica para el cálculo de la red de
drenaje.




3.1   Componentes de un sistema de drenaje subsuperficial.

Un sistema de drenes subsuperficiales tiene como objetivo fundamental el control de
la profundidad de la napa freática, de forma tal que el balance de aguas y sales
dentro de la zona radicular sea el óptimo para los requerimientos del cultivo en una
condición de suelos y clima específico.


Para lograr este objetivo, un sistema de drenes subsuperficiales consta
fundamentalmente de tres tipos de drenes: laterales, colectores y dren principal. Los
drenes laterales generalmente se disponen paralelos unos a otros y tienen como
misión principal el control de la profundidad de la napa. Los drenes colectores,
aunque eventualmente también drenan el terreno adyacente, su misión fundamental
es transportar el agua extraída por los laterales hasta el dren principal donde se
produce la descarga del sistema. El dren principal, que puede ser artificial o natural
                                                                                     5
(río, estero, otro.), es el que en definitiva recoge los excedentes provenientes de
varios sistemas.


La relación entre laterales y colectores puede ser simple o compuesta. Se entiende
por una red simple cuando laterales de tubo descargan en colectores zanja. Se
entiende por una red compuesta cuando laterales de tubo o zanja descargan en
colectores de tubo o zanja, respectivamente. La primera forma de diseño (tubo-
zanja) es utilizada frecuentemente por las ventajas que tiene para el mantenimiento
de la red.


3.2   Componentes del sistema de drenaje superficial.

Un sistema de drenaje superficial tiene dos componentes:             el primero es la red
colectora y el segundo consiste en diversas prácticas de acondicionamiento superficial
del terreno, con tal de facilitar el flujo del exceso de agua hacia los colectores.


El primer componente, la red colectora, consistente en zanjas y tuberías, ha sido el más
estudiado hasta ahora y en la actualidad existen métodos suficientemente aceptables
para realizar el diseño, cálculo y cubicación respectiva.

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. Para este mismo fin, también pueden utilizarse los drenes topo, que cumplen el
objetivo de recolectar y conducir el agua de saturación hacia los colectores.



4. CONSECUENCIAS DEL MAL DRENAJE.

Usualmente, se considera que el principal efecto del mal drenaje es el daño a la
productividad agrícola.     No obstante, existen otras consecuencias, directas o
indirectas, las cuales se presentan en las Figuras 5 y 6, donde se muestran los
                                                                                      6
efectos del mal drenaje por acumulación superficial y en el interior del suelo,
respectivamente.

                                    ACUMULACION DE AGUA
                                   SOBRE EL NIVEL DEL SUELO




               PERDIDA DE
            TRABAJABILIDAD Y               PROBLEMAS DE               PROBLEMAS               DAÑOS A
              CAPACIDAD DE                 MECANIZACION               SANITARIOS          INFRAESTRUCTURA
                SOPORTE




                                           DISMINUCION DE
                                           RENDIMIENTOS




                                             PERDIDAS
                                            ECONOMICAS


      Figura 5. Efectos de la acumulación superficial de agua en el suelo


                                            EXCESO DE AGUA EN EL
                                             INTERIOR DEL SUELO




                         MENOR AIREACION                           MENOR TEMPERATURA




                       MENOR DESARROLLO DE                          MENOR ACTIVIDAD DE
                              RAICES                               ORGANISMOS DEL SUELO



                                                                MENOR DESCOMPOSICION DE
                                                                   MATERIA ORGANICA




                                           MENOR ABASTECIMIENTO
                                              DE NUTRIENTES




                                               DISMINUCION DE
                                                RENDIMIENTOS




                                            PERDIDAS ECONOMICAS



           Figura 6.           Efectos del mal drenaje en el interior del suelo

                                                                                                            7
En el Cuadro 1 se presenta una comparación del efecto entre suelo bien drenado y
mal drenado a diversos factores del suelo.




Cuadro 1.    Consecuencias del mal drenaje


FACTOR                  SUELO BIEN DRENADO              SUELO MAL DRENADO
Aireación del Suelo     15 – 20 % oxígeno               Menos de 5% de oxígeno
Temperatura del suelo   Normal                          1 a 5 º C más baja
Disponibilidad de       Normal                          Escasa a nula
nutrientes
Trabajabilidad y        Soporta peso sin destrucción    Se destruye estructura del suelo
capacidad de soporte    de su estructura, ni            y éste se compacta fácilmente
del suelo               compactación
Mecanización            Preparación de suelos óptima    Deficiente preparación de suelo
                        en calidad y oportunidad        y con retraso.
Problemas Sanitarios    Normales                        Se acentúan problemas en
                                                        plantas, animales y humanos.
Daños a Infraestructura Mejor mantención                Mayor daño y menor vida útil
                                                        (Ej.: caminos)



5. RECONOCIMIENTO Y DIAGNOSTICO DE PROBLEMAS DE DRENAJE.

La experiencia indica que los distintos problemas de drenaje poseen características
propias, que los hacen únicos. Es decir, ningún proyecto es idéntico a otro, razón por
la cual es imprescindible un reconocimiento y un diagnóstico de cada situación.




                                                                                     8
5.1. Reconocimiento.

El reconocimiento de problemas de drenaje tiene como objetivo evaluar las
condiciones generales del área determinando sus problemas existentes o potenciales.
Consiste en una inspección del área desde puntos fácilmente accesibles, en la época
cuando se manifiestan marcadamente los problemas de drenaje. Esta visita debe
completarse con las opiniones e impresiones de las personas que habitan el lugar.


En el reconocimiento existen dos etapas:            recopilación de antecedentes y
reconocimiento de campo.
5.1.1. Recopilación de Antecedentes.

Debe reunirse toda la información existente sobre el sitio en cuestión, como por
ejemplo, fotografías aéreas, mapas, estudios anteriores, informes, publicaciones y
opiniones de personas conocedoras del tema y del área.


5.1.2. Reconocimiento de Campo.

En esta etapa es imprescindible la participación de los agricultores, con los cuales se
debe hacer conjuntamente el recorrido de terreno.


En este recorrido de campo se recomienda obtener la siguiente información:


•   Observación de síntomas de mal drenaje, ya sea en plantas, suelo y /o
    animales.

•   Delimitación de áreas de saturación e inundación.


•   Delimitación de áreas de aporte de agua por escorrentía, que pueden ser
    laderas adyacentes o predios ubicados aguas arriba.

•   Evaluación de las descargas de las aguas, pudiendo ser cauces naturales o
    zonas más bajas (quebradas).


                                                                                      9
Es importante inspeccionar lo relacionado a capacidad, estado de mantención,
    ubicación y desnivel disponible para la descarga de las aguas.

•   Identificación de limitantes del suelo.
    Las características de textura, estructura y estratificación, son determinantes en la
    formación de problemas de mal drenaje.
•   Identificación de limitaciones de topografía.


5.2. Diagnóstico.

Posterior al reconocimiento, se realiza un diagnóstico del problema, el cual debe
entregar la siguiente información:


•   Identificación de las causas del problema.


•   Identificación de las fuentes de exceso de agua.


•   Proposición de posibles soluciones del problema, con sus costos y
    beneficios estimativos.

•   Recomendación de estudios específicos para un proyecto posterior más
    detallado, ya sea de factibilidad o de diseño (topografía, agrología,
    hidrología, otros)




6. CAUSAS DEL PROBLEMA

El exceso de agua sobre el suelo o en el interior del mismo, puede ser ocasionado
principalmente por la conjunción de uno o más de los siguientes factores:
precipitaciones, inundaciones, riegos, suelo, topografía y filtraciones.


Precipitaciones.



                                                                                       10
La acción de la precipitación se manifiesta fundamentalmente en las zona húmedas.
En estas zonas, la precipitación excede a la evaporación y, en consecuencia, hay
períodos de exceso de humedad, durante los cuales el suelo se encuentra saturado, y
al ocurrir nuevas lluvias, el agua no puede ser absorbida, aumentando el
escurrimiento y produciendo acumulación en los terrenos ubicados en posición más
baja.



Inundaciones.

Las inundaciones son una causa frecuente de problemas de drenaje, particularmente
en los terrenos adyacentes a los ríos y esteros. Lluvias de alta intensidad en la parte
alta de las hoyas hidrográficas, crean un aumento considerable del caudal de los ríos,
los cuales al no ser contenidos en el cauce normal, se desbordan provocando
problemas de drenaje a lo largo del plano de inundación ("vegas").


La alta precipitación en sí misma, sin embargo, no es la única causante. El mal
mantenimiento del cauce de los ríos y esteros, puede ser en muchas ocasiones el
factor determinante en su desbordamiento.


Riegos.

El uso de prácticas inapropiadas tales como: riego tendido, riego nocturno, tiempos
excesivos y volúmenes incontrolables, provocan pérdidas excesivas por escurrimiento
superficial y por percolación profunda. El primero se acumula en las depresiones del
terreno, y el segundo contribuye a una rápida elevación de la napa freática.


Suelos.

Las características de textura, estructura y de estratificación, son determinantes en la
formación de problemas de mal drenaje. Los casos más importantes al respecto son
los siguientes:




                                                                                      11
a)      Suelos de texturas finas (arcillosas), y de estructura masiva en la estrata
        superficial, tienen una baja velocidad de infiltración.
b)      Ocurrencia de depósitos de limo en la superficie de los suelos, formando costras
        que impiden la infiltración.

c)      Suelos estratificados, particularmente aquellos que se encuentran en planos
        depositacionales de ríos ("vegas") o de cenizas volcánicas, presentan estratos
        que se comportan como impermeables e impiden el movimiento vertical del agua.


Topografía.

Se distinguen tres casos característicos, en que la topografía es causante del
problema de drenaje.


a)      Topografías muy planas (< 0,5%), que impiden el libre escurrimiento de las
        aguas y con frecuencia causan acumulación superficial. Este efecto se agrava
        con la existencia de microrelieve con pequeñas o medianas depresiones.

b)      Suelos de lomaje, de topografía ondulada, tienen un alto escurrimiento superficial
        y los excesos se acumulan en las depresiones.             Si éstas no poseen una
        adecuada salida natural, se presentan severos problemas localizados.

c)      Microrelieve con depresiones pequeñas y medianas, que dificultan el movimiento
        superficial del agua.


Filtraciones.

La red extra e intrapredial de canales de riego, construidos casi en su totalidad
directamente en tierra, presentan filtraciones laterales de mayor o menor grado, que
van a abastecer la napa freática, o afloran a la superficie en sectores de posición más
baja.




                                                                                        12
7.   TIPOS DE PROBLEMAS Y TÉCNICAS DE DRENAJE: CASO DEL SUR
     DE CHILE.

En la zona sur de Chile, los problemas de drenaje superficial se deben
fundamentalmente a limitaciones de suelo, topografía y/o la existencia de un período
invernal de lluvias frecuentes y de gran magnitud.


Los problemas de drenaje detectados más importantes corresponden a los suelos
ñadis (suelos trumaos planos, delgados y con estrata impermeable continua),
problemas de acumulación de agua en depresiones localizadas o sectores “hualves” e
inundación de terrazas fluviales o “vegas” con problemas de napa freática alta.


En este boletín técnico, nos referiremos a aquellas obras definidas para cada tipo de
problema:


Suelos Ñadis             :      Sistema zanja colectora con drenes topo.
                                Limpieza y ampliación de cauces.

Sectores “Hualves”       :      Zanjas, drenes en V, o drenes de tubería enterrada,
                                en combinación con algunas estructuras.

Sectores “Vegas”         :      Dren interceptor.
                                Sistema zanja - dren topo.
                                Diques o muros de contención de inundaciones.

Napa Freática            :      Zanjas.
                                Tuberías de drenaje.




                                                                                   13
8. ZANJAS COLECTORAS

Las zanjas corresponden a colectores trazadas en el terreno conformando una red
de drenaje. Para el diseño y construcción de esta red de zanjas es importante
considerar lo siguiente:


a) Trazado de la red de zanjas colectoras.
b) Dimensionamiento de la zanja.
c) Construcción de zanjas.


8.1     Trazado de la red de zanjas colectoras

Consiste en el diseño y determinación de la dirección del flujo de la red de
colectores. Para este propósito es recomendable contar con material cartográfico
(mapas, planos, croquis, otros); siendo lo óptimo un levantamiento topográfico del
terreno a drenar.     Para realizar este trazado, deben considerarse los siguientes
aspectos:


a) 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.

b) Apotreramiento y deslindes :       Dentro de lo posible, las zanjas deben quedar
      ubicadas contiguas a los cercos principales.

c) Secciones de facilidad constructiva : Las dimensiones resultantes deben ser de
      un tamaño tal, que permita optimizar el rendimiento de la construcción, ya sea
      manual o mecanizado.

d) Evitar erosión : Evitar conducir caudales muy altos o en pendientes excesivas,
      que produzcan velocidades erosivas


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

                                                                                  14
8.2    Dimensionamiento de la zanja

Los parámetros de dimensionamiento de una zanja de sección trapezoidal, se
indican en la Figura 7.




                          FIGURA 7.    Parámetros de una zanja


Para calcular estas dimensiones se utilizan las siguientes ecuaciones:

Q       =     A * V
A       =     b * d + Z * d2
V       =     (1 / n) * (A / P)2/3 * So1/2      Fórmula de Manning
P       =     b + 2 * d * (1 + Z 2) 1/2
H       =     d + r
B     = b + 2 * Z * H

Donde :

Q       =     Caudal de drenaje (m3/s)
A       =     Area transversal de conducción (m2)
V       =     Velocidad del flujo (m/s)
b       =     Base (m)
d       =     Tirante hidráulico (m)
Z       =     Talud de la pared (adim).
n       =     Coeficiente de rugosidad de Manning (adim).
                                                                         15
P      =     Perímetro mojado (m).
So     =     Pendiente de la rasante (m/m).
H      =     Profundidad de la zanja (m).
r      =     Revancha o altura libre (m).
B      =     Ancho superior de la zanja (m).


Para calcular las dimensiones de la zanja, la fórmula de Manning la expresamos de
la siguiente forma:

                      Q     =     A x V
                      Q     =     A x (1/n) x (A/P)2/3 x So1/2
       (Q x n) / So1/2      =     A5/3 / P2/3
       ((Q x n) / So1/2) 3 =      A5 / P2
       ((Q x n) / So1/2) 3 =      (b x d + Z x d2) 5 / (b + 2 x d x (1 + Z2) 1/2) 2

Al realizar el cálculo, son conocidos los siguientes valores:

Q      :     Calculado de acuerdo a un estudio hidrológico y de precipitaciones.
n      :     Se obtiene del Cuadro 2.
So     :     Se obtiene en el plano topográfico, o se asume.
Z      :     Se obtiene del Cuadro 3.


Para calcular d y b, debe asumirse un valor para alguno de estos parámetros, y
calcular el otro iterando en la ecuación. También existen tablas para obtener estos
valores, para valores de Q, n, So y Z dados, o es posible calcularlos
computacionalmente.


Cuadro 2.    Valores de coeficiente de rugosidad n

     Condición del Dren                       Valor de n
Muy limpio                            0,022 – 0,030
Limpio                                0,029 - 0,050
Con poca vegetación                   0,040 - 0,067
Con moderada vegetación               0,050 - 0,100
Con exceso de vegetación              0,067 - 0,200
Fuente :     Grassi, Carlos J. 1991. “Drenaje de Tierras Agrícolas”
                                                                                      16
Cuadro 3.    Talud Z (1 : Z) en drenes abiertos

             Material de excavación                           Z
Roca firme                                                   0,25
Hard-pan duro. Roca con fisuras                              0,5
Grava cementada. Arcilla y Hard-pan ordinario                0,75
Arcilla con grava. Suelos francos                            1
Limo arcilloso                                               1
Suelos francos con grava                                     1,5
Suelos franco-arenosos                                       2
Suelos muy arenosos                                          3
Fuente :     Ven Te Chow. 1959. “Open Channel Hydraulics ”


Desde el punto de vista constructivo, es muy importante respetar los taludes de
diseño, para evitar derrumbes como el que se muestra en la Fotografía 1.




                                                   DERRUMBE DE
                                                   LA PARED




     Fotografía 1.      Derrumbe de la pared de una zanja por falta de talud.
En relación al valor de la pendiente de la zanja, se recomienda un valor mínimo de
0,1%, para evitar sedimentación y secciones demasiado grandes. Por otro lado,
deben evitarse pendientes excesivas, que generen velocidades muy altas que
ocasionen erosión y socavación del dren, por lo cual, existen valores de velocidad
máxima no erosiva según el tipo de material del dren, presentados en el Cuadro 4.


Cuadro 4.    Velocidad (m/s) máxima no erosiva en drenes abiertos

                                              Velocidad Máxima No erosiva (m/s)
Material Excavado                           Aguas    Agua con limo Agua con arena
                                            claras      coloidal       o gravas


                                                                                    17
Arena fina no coloidal                       0,45             0,75          0,45
Material franco arenoso no coloidal          0,50             0,75          0,60
Material franco limoso no coloidal           0,60             0,90          0,69
Limos aluviales no coloidales                0,60             1,10          0,60
Material franco arenoso firme                0,75             1,10          0,70
Cenizas Volcánicas                           0,75             1,10          0,60
Grava fina                                   0,75             1,50          1,15
Arcilla firme coloidal                       1,15             1,50          0,90
Material franco o cascajoso bien             1,15             1,50          1,50
proporcionado
Limos aluviales coloidales                   1,15             1,50          0,90
Material limoso o cascajoso bien             1,20             1,70          1,50
proporcionado
Cascajo grueso                               1,20             1,80          1,95
Piedras redondeadas                          1,50             1,70          1,95
Esquistos arcillosos y arcilla compacta      1,80             1,80          1,50
Fuente :     Fortier and Scobey. 1926. Trans. ASCE Vol 89 pág. 940


En relación al valor de la base (b), existe un valor mínimo de acuerdo a la modalidad
de construcción. En caso de construcción manual, el valor mínimo será aquel que
pueda realizarse de acuerdo a la facilidad de operación de la mano de obra, valor
que generalmente se asume igual a 0,5 m. En caso de construcción mecanizada,
este valor mínimo de zanja corresponde al ancho de la cuchara de la excavadora.


En el caso de suelos ñadis, el valor de la altura libre (r), corresponde a la
profundidad de los drenes topo, se recomienda sea igual a 0,5 m.
Ejemplo de cálculo de las dimensiones de una zanja colectora.

Se requiere calcular las dimensiones de una zanja de drenaje, considerando los
siguientes antecedentes:


Caudal (Q)                 =      250 l/s        =      0,25 m3/s
Pendiente del suelo        =      0,2%
Suelo de textura franca.
Construcción manual.


Solución :

                                                                                   18
Seleccionamos n = 0,04 para dren limpio, según el Cuadro 2.
Como pendiente del dren asumimos la misma del terreno.
Seleccionamos Z = 1, por suelo franco, según el Cuadro 3.
Asumimos b = 0,5 m, por construcción manual.


Aplicamos estos valores en la fórmula:


((Q x n)/So1/2)3             =           (b x d + Z x d2)5
                             (b + 2 x d x (1 + Z2)1/2)2
obtenemos :


((0,25 x 0,04) /(0,002) 1/2)3 =     (0,5 x d + 1 x d2)5
                                    (0,5 + 2 x d x (1 + 12)1/2)2

0,01118                      =          (0,5 x d + d2)5
                                    (0,5 + 2 x d x 21/2)2


Para calcular el parámetro d, se van probando sucesivamente diferentes valores,
hasta obtener el valor más cercano a 0,01118, lo que en este caso se consigue con
d= 0,53, lo cual se comprueba a continuación:


(0,5 x 0,53 + (0,53)2)5             =        0,048480319           =   0,01213
(0,5 + 2 x (0,53) x 21/2)2                   3,996266376


Al calcular la velocidad obtenemos 0,47 m/s, que es menor a la velocidad máxima no
erosiva, (Cuadro 4).


La profundidad total H = d + r = 0,53 + 0,5 = 1,03 m.


El ancho superior B, entonces es igual a B = 0,5 + 2 x 1 x 1,03 = 2,56 m.




                                                                                 19
8.3   Etapas de construcción de zanjas

Las etapas que existen en la construcción de zanjas son :

• Roce, despeje y limpieza de faja.
• Excavación de la zanja.
• Retiro del material
• Cercado de zanjas.


8.3.1 Roce, Despeje y Limpieza de Faja

Consiste en la eliminación de todos los árboles y matorrales sobre el área a ocupar,
en el ancho del dren, más las bermas correspondientes.         En el Cuadro 5 se
presentan los estándares y características de esta etapa.




Cuadro 5.    Estándares de roce, limpieza y despeje de faja.

Etapa       Procedimiento Actividad                           Rendimiento

Roce y      Mano de Obra     Corte de vegetación.             100 m/jornada para faja
Despeje     no calificada    Acumular material en hileras o   de 3 m de ancho
            con rozones y    montones.
            horquetas.       Cargar material en camión.

Traslado a Camión tolva.     Traslado de material a           100 m/hr con distancia
botadero                     botadero                         a botadero de 1 km.



8.3.2 Excavación de la zanja

Esta labor puede realizarse ya sea manualmente o con maquinaria.

En el caso de construcción manual, los estándares son los siguientes:

Rendimiento excavación en suelo           =   9 m3/Jornada

                                                                                  20
Rendimiento excavación en ripio            =    2 m3/Jornada
Vida útil pala en excavación               =    0,1 km/pala
Vida útil picota en excavación             =    0,5 km/picota

En el caso de construcción mecanizada, se utilizan excavadoras y mano de obra. La
excavadora cumplirá la labor de excavación propiamente tal, en tanto que la mano
de obra se utilizará para el repase o terminación del sello y los taludes de las zanjas.
En el Cuadro 6 se presentan los estándares y características de esta etapa, para
excavación mecanizada.




Cuadro 6.    Estándares de excavación mecanizada de zanjas
Etapa          Procedimiento                       Rendimiento

Excavación    Excavadora Oruga Modelo 200.         Terreno blando      = 50-70 m3/hr.
              133 HP potencia nominal.             Terreno semi-blando = 40-60 m3/hr
              Balde 1200 mm ancho y 0,93 m3        Terreno duro        = 30-40 m3/hr
              capacidad.
Terminación Mano de obra no calificada con         El movimiento de tierra es
de la sección palas rectas.                        aproximadamente igual al 2,5% del
                                                   material excavado.
                                                   Rendimiento aproximado de 5
                                                   m3/jornada.



Estos valores dependen del tipo de excavadora, de las condiciones de trabajo y de
la destreza del operador.


En la Fotografía 2 se muestra la construcción de una zanja de drenaje utilizando
retroexcavadora.




                                                                                      21
Fotografía 2.      Construcción de zanja con retroexcavadora.




8.3.3 Retiro del material

Es recomendable que la excavación de las zanjas, ya sea mecanizada o manual,
considere la separación del suelo y del material que exista bajo éste, ya sea ripio o
arcilla.


El suelo excavado puede      ser aprovechado para rellenar sectores de pequeñas
depresiones al interior de los potreros, o simplemente, ser desparramado en éstos.
En el caso de que bajo suelo exista ripio, éste constituye un excelente material para
construcción de caminos (el cual puede ser construido inmediatamente al lado de la
zanja) o ser utilizado para el relleno de caminos y callejones existentes en el predio.


En el caso de las estratas de arcilla, este material no constituye ningún beneficio, y
por lo tanto, debe eliminarse trasladándose a un lugar de botadero.




                                                                                      22
Lo ideal y recomendable es realizar la faena de excavación y traslado del material
en forma simultánea. En el Cuadro 7 se indican algunos estándares para el retiro
del material.


Cuadro 7.       Estándares de retiro del material excavado

Modalidad                           Rendimiento


Manual, con pala y carretilla con   Rend. traslado tierra excavada = 6,75 m3/jornada
retiro a 100 m de distancia         Rend. traslado ripio excavado = 3 m3/jornada


Mecanizada, con camión tolva y      Rend. traslado tierra excavada = 38 m3/hr.
descarga a 1 km de distancia        Rend. traslado ripio excavado = 32 m3/hr.


Para las cubicaciones finales, debe considerarse el esponjamiento del material al
ser excavado, que corresponde a 30% para el ripio y un 50% para el suelo.


8.3.4 Cercado de zanjas.

Para facilitar las labores de mantención, en toda la extensión de la red de drenes
colectores se deben instalar cercos a ambos lados de la zanja, a una distancia de
3,5 m desde el borde del dren.

El cerco se construye utilizando estacones de pellín de 2,2 a 2,5 m de longitud, y de
4 a 5 pulgadas de diámetro. Se instalan espaciados cada 3,5 m, con 4 corridas de
alambre de púa clavado con grampas de 1 ½”. Los estacones se pintan totalmente
con una mano de aceite quemado, y en su extremo superior se pintan 25 cm con dos
manos de óleo blanco.

Para todo el proceso de construcción de los cercos, desde el pintado de los
estacones, hincado en el terreno, colocación y tensión de los alambres, se utiliza
mano de obra semi-calificada, estimándose un requerimiento de 100 jornadas para
la construcción de 1 km de cerco doble de estas características (5 jornadas/100 m
cerco simple).

                                                                                   23
9. DRENES DE TUBERÍA.

Como se indica en la Figura 8, estos drenes consisten en una tubería de drenaje
enterrada en una zanja y revestida por un material filtrante.




Figura 8.Sección transversal de dren de tubería con envolvente de áridos


En remplazo de la combinación tubería-envolvente, se usar puede piedra (bolones o
grava), ladrillos (liso o perforado) o materiales de origen vegetal (troncos, coligües,
otros). Estas alternativas no tienen un comportamiento tan eficiente como la tubería
de drenaje y envolvente, pero permite reducir considerablemente los costos.


Las principales ventajas de los drenes de tubería, son que no rompen la continuidad
de los potreros y sus bajos requerimientos de mantención, haciéndose los más
recomendables. Sin embargo, la principal desventaja es su alto costo.


9.1   Materiales de tuberías.


Las tuberías de drenaje se encuentran disponibles en diversos materiales, como
plástico (corrugado o liso), arcilla y hormigón.


La mayor ventaja de las tuberías plásticas frente a las tuberías de hormigón y arcilla
dice relación con su menor peso por unidad de largo y facilidad de manejo. Esto
tiene un impacto importante sobre los costos de transporte e instalación.



                                                                                     24
Las tuberías de plástico de PVC o PV son las más frecuentemente utilizadas en la
actualidad, en sus versiones lisa y corrugada. Por lo general el PVC liso viene en
tuberías de 6 m, ranuradas o perforadas para que penetre el agua.           El PVC
corrugado trae perforaciones incorporadas y se fabrica en rollos de 50 y 100 metros
de longitud.


Actualmente, para drenaje agrícola prácticamente sólo se utiliza tubería de plástico
corrugada, debido a su menor costo y sus facilidades de transporte e instalación por
su formato de fabricación en rollos.


Estas tuberías se fabrican en diferentes diámetros (50, 65, 100, 160 y 200 mm), la
profundidad de la corrugación varía entre 2,5 a 5,5 mm, el ancho de la corrugación
entre 3 a 8 mm y el ancho de la depresión de la corrugación o “valle” fluctúa entre
2,5 a 5 mm. Las perforaciones son de 1,2 a 1,8 mm de ancho y de 3 a 5 mm de
largo.


En dichas tuberías, el agua penetra a través de las perforaciones que se encuentran
en los valles de la corrugación, siendo más importante la distribución de las
perforaciones de la tubería que la cantidad total de éstas.


9.2   Diámetro de tuberías.

Para determinar el diámetro de la tubería se utiliza la fórmula de Manning,
asumiendo que el flujo es a tubería llena pero sin presión. La ecuación resultante
es:

         d = [ Q / ( So 1/2 ( 0,3117 / n ) ) ]   3/8


Donde :

d        =     diámetro interior de la tubería (m)
Q        =     Caudal de drenaje (m3/s)
n        =     Coeficiente de rugosidad de Manning (adm).
So       =     Pendiente de la rasante (m/m).

                                                                                  25
El valor del coeficiente de rugosidad de Manning (n) es generalmente un dato
entregado por el propio fabricante, como especificación técnica del producto, en el
respectivo catálogo.     Si no se dispone de tal información pueden asumirse los
valores del Cuadro 8.




Cuadro 8. Coeficiente de rugosidad de Manning según tipo de tubería.

            Tubería                                 Coeficiente n
             Arcilla                                   0,013
            Concreto                                   0,013
            PVC liso                                   0,015
          PVC corrugado                                0,016
Fuente: Salgado, 2000.


En la Fórmula de Manning, se considera que la pendiente es la mínima dada a la
tubería para neutralizar la resistencia natural que ésta opone al flujo.           Las
pendientes más usadas fluctúan entre el 1 y el 5 por mil. La FAO (1985) sugiere una
pendiente mínima del 0.5 por mil. El Bureau of Reclamation de Estados Unidos
recomienda un mínimo de 1 por mil para evitar sedimentación.


9.3   Envolventes.


Se entiende por envolvente al material colocado alrededor de las tuberías de
drenaje con el propósito de cumplir una función filtrante, hidráulica o de
asentamiento del dren.


La función filtrante dice relación con prevenir o disminuir el ingreso de partículas al
interior de la tubería donde pueden sedimentar y eventualmente taparla.

                                                                                     26
La función hidráulica se refiere a crear un medio de alta permeabilidad alrededor
de la tubería para reducir la resistencia de entrada.


La función de asentamiento significa proveer un buen soporte a la tubería para
prevenir daño por efecto del peso del suelo.


Las primeras dos funciones proveen una protección contra dos principales
consecuencias de una tubería mal alineada: obstrucción y alta resistencia al flujo.
Existe una gran cantidad de materiales que pueden utilizarse como envolventes que
van desde materiales minerales y orgánicos a materiales sintéticos y fibras
minerales. Una breve revisión de ellos se presenta a continuación:


Gravas

Las gravas, maicillo y chancado muy fino pueden ser excelentes materiales
envolventes de tipo “voluminoso”, especialmente cuando se quiere tener un material
que cumpla tanto una función filtrante como hidráulica.


Materiales orgánicos

Existe una gran variedad de materiales orgánicos tales como fibras (coco), turba y
pajas (trigo, arroz, otros) y subproductos del procesamiento de la madera (aserrín y
viruta) que pueden ser utilizados como envolventes. Por lo general tienen un buen
comportamiento (Salgado y Parra, 1994), pero en el largo plazo pueden fracasar
debido a la descomposición sufrida por efecto de la acción de los microorganismos.


Materiales sintéticos

Los materiales sintéticos pueden encontrarse a la forma granular (poliestireno) o
fibrosa (nylon, poliester, polietileno o polipropileno). Estos últimos se conocen con
el nombre genérico de geotextiles y pueden ser tejidos o no tejidos.


                                                                                      27
9.4   Instalación de drenes de tubería.

Este es uno de los aspectos más críticos que puede estar influyendo en el buen
comportamiento de las tuberías de drenaje instaladas en el país. Si no existe una
depurada técnica de instalación, todo el esfuerzo entregado en la determinación de
los parámetros y criterios de diseño puede verse malogrado en la fase final.
En países donde la técnica del drenaje es rutinaria y masiva, existen máquinas
altamente especializadas para la construcción e instalación simultánea. En nuestro
país, lo usual es primero la construcción de la zanja y luego la instalación de los
drenes.


La excavación de la zanja puede ser manual o mecanizada. La excavación manual
tiene la ventaja de ser un trabajo de terminación más fino y delicado, pero cada vez
más en desuso, en atención al aumento del costo de la mano de obra y la baja
velocidad de avance. La excavación mecanizada implica el uso de retroexcavadoras
que suelen ser de alto rendimiento, pero con baja calidad de terminación . Por lo
tanto, es recomendable un trabajo combinado de empleo de maquinaria (para
aumentar el rendimiento de la labor) y manual (para mejorar la terminación de la
labor), como se muestra en la Fotografía 3.




                                                                                  28
TUBERIA
                           DRENAJE




                                            MATERIAL
                                            ENVOLVENTE




Fotografía 3.       Instalación manual de tubería drenaje y envolvente de
                    bolones.

En relación a la instalación de la tubería, es conveniente poner especial cuidado en
los siguientes aspectos: a) alineamiento (Figura 9A), b) uniformidad en la pendiente
(Figura 9B) y c) distancia homogénea entre tubos cuando se trata de tuberías de
cemento o arcilla (Figura 9C).




                                                                                  29
y




Figura 9.      Problemas frecuentes producidos en la instalación de drenes:
               A)   Alineación;   B)   desuniformidad   de   la   pendiente   y C)
               espaciamiento entre tubos.
9.5   Estructuras auxiliares.

Toda red de drenaje bien concebida, en especial aquella que considera drenes de
tubería, requiere de una serie de estructuras especiales que permitan conectar,
proteger, inspeccionar y mantener adecuadamente la red. A continuación se hace


                                                                                30
una   breve   descripción   de   algunas   estructuras,   indicando   sus principales
características constructivas.


9.5.1 Estructuras de salida

En el lugar donde las tuberías descargan en un colector de zanja, las paredes de
ésta se encuentran afectas a un proceso de erosión debido al caudal de salida. En
caso de tuberías de gran tamaño y que transportan un gran caudal, se recomienda
construir una estructura de albañilería como las indicadas en la Figura 10.




                 Figura 10. Estructuras de salida en albañilería.


Una estructura particularmente útil a la salida de taludes y colectores de tubo es la
instalación de mallas o rejas que impidan el ingreso de roedores o aves pequeñas
(Figura 11). Esto evitará que dichos animales, una vez en el interior de la tubería,
se atasquen, no puedan salir, y en definitiva causen una obstrucción total.




                                                                                   31
Figura 11. Estructuras de protección a la salida de tuberías.


9.5.2 Estructuras de conexión

Para conectar dos o más tuberías de distinto diámetro en una red de drenaje, se
recomienda la construcción de estructuras de conexión entre ellas.


Si las tuberías son de cemento o arcilla, se sugiere que en las partes de unión o
conexión se construyan cámaras de albañilería (Figura 12).       En este caso las
tuberías se encuentran por encima del fondo de la cámara, produciendo un colchón
de agua que junto con disipar la energía permite la acumulación de sedimentos y su
posterior eliminación.




                                                                                32
Figura 12. Estructuras de conexión e inspección.


En relación a tuberías de plástico (liso o corrugado) los fabricantes ofrecen los más
variados tipos de conexiones que evitan la construcción de cámaras en cada punto
de unión.   En todo caso, la construcción de una cámara puede ser de gran
importancia porque facilita la inspección y mantenimiento.


9.5.3 Cámaras de inspección

Uno de los problemas más importantes presentados en redes de drenaje construidas
íntegramente en tuberías, es la mantención. Esto obliga, por lo tanto, a disponer de
cámaras de inspección en puntos críticos a lo largo de la red donde sea posible
controlar su funcionamiento y realizar eventuales procedimientos de limpieza. Una
estructura como la indicada en la Figura 12 puede cumplir ambas funciones, esto es,
como estructura de conexión e inspección.


Una cámara de inspección, como su nombre lo indica, debe permitir ingresar hasta
la tubería para controlar su funcionamiento, como también, estar abiertas al exterior.


                                                                                    33
Generalmente se construyen en albañilería y su tapa superior puede ser de madera
u hormigón armado (Fotografía 4).
                                           CAMARA DE
                                           INSPECCION




                                               TUBERIA




             Fotografía 4.      Cámara de inspección en albañilería.


Algunos criterios de distribución o ubicación de las cámaras en terreno pueden ser:
a) en todo lateral que excede 200 m de largo; b) en todo punto de unión entre un
lateral y colector de tubos; c) cuando los sedimentos en suspensión y/o arrastre
sean muy altos; d) donde se produzca un cambio de diámetro en la tubería y e)
donde se diseñan saltillos.


Las cámaras de inspección y conexión pueden construirse en albañilería, de sección
cuadrada o rectangular. Las dimensiones máximas pueden ser entre 0.8 -1.0 m por
lado. También se utilizan tuberías de cemento vibrado en un diámetro entre 0.8 y
1.0 m.


9.5.4 Cámaras de filtración.

Las cámaras de filtración (Figura 13), son cámaras cilíndricas que contienen
bolones, conectadas en su fondo con la tubería de drenaje. Se ubican en el punto



                                                                                 34
más bajo de las depresiones con apozamientos, permitiendo un rápido ingreso del
agua hacia la tubería de drenaje.




                        Figura 13.   Cámaras de filtración




10. DRENES EN V.

Los drenes en “V”, son zanjas caracterizadas por poseer taludes amplios, que
fluctúan entre 8 :1 y 10 :1, permitiendo el libre tránsito de maquinaria y ganado. Es
una solución adecuada en sectores que presentan topografía ondulada, ya que
permiten mantener la continuidad de los potreros y adecuarse a la topografía
natural. Además, para disminuir al mínimo el movimiento de tierra es importante que
la altura de corte sea la menor posible. En la Figura 14, se presenta una sección
transversal de un dren en V y en la Fotografía 5 se muestra este dren en proceso de
construcción.




                                                                                   35
Figura 14.    Sección transversal de dren en V.




                  Fotografía 5.        Dren en V en construcción.

La mayor ventaja de la construcción de drenes en “V” es que, debido a la amplitud
de sus taludes, prácticamente quedan integrados a la topografía natural del terreno,
permitiendo el libre tránsito de ganado y maquinaria sobre ellos, y por lo tanto, no
rompen la continuidad de los potreros.


Una vez que los taludes de los drenes en “V” han sido cubiertos por vegetación,
natural o artificial, ésta debe conservarse en forma permanente, para asegurar su
mantención y vida útil, por lo cual, no deben ser cultivados.


Para el cálculo de las dimensiones de estos drenes, se aplica la misma metodología
que para cualquier zanja, utilizando la Fórmula de Manning.


                                                                                  36
11. DRENES INTERCEPTORES.

Este tipo de drenes tienen como misión interceptar el flujo superficial y/o
subsuperficial de agua que se mueve en una determinada dirección y desviarlo de la
misma. Se emplean para aminorar o anular la recarga al área problema proveniente
de aportes laterales, es decir, para independizar el problema de la zona baja de la
fuente que está en la zona alta, haciéndolo dependiente sólo de su propia recarga.


En ocasiones, un dren interceptor resuelve íntegramente el problema de un área
cuando la totalidad o una elevada proporción del flujo es colectado y desviado. En
tal caso, ésta constituye la única obra de drenaje a realizar en el sistema.


El punto próximo al cambio de la pendiente resulta el         más adecuado para      la
instalación de un dren interceptor. Este debe correr siguiendo la curva de nivel,
aunque con algún desvío, a fin de mantener a lo largo del mismo el desnivel mínimo
que asegure el normal escurrimiento del agua.


Otra condición importante es la proximidad de la estrata impermeable. En efecto, un
dren que se profundiza hasta esa estrata, prácticamente intercepta todo el caudal.
Si el tirante de agua es considerable, puede percolar a través del talud, en sentido
pendiente abajo, un gasto que obligue a la construcción de un segundo interceptor.
Si la barrera se encuentra a más de 5 m se hace difícil, constructiva y
económicamente, lograr efectividad, debiendo recurrirse a la instalación de dos o
más zanjas a determinada distancia una de la otra, y siempre que las favorables
condiciones topográficas y de suelo aún se mantengan.


En la Figura 15, se presenta un esquema que muestra el efecto del dren interceptor
en la disminución del nivel freático.




                                                                                     37
Figura 15.           Disminución del nivel freático debido a la acción de un dren
                     de intercepción




12. DRENES TOPO.

12.1 Definición

Como se indica en la Figura 16, los drenes topo son galerías subterráneas de
aproximadamente 7,5 cm de diámetro, construidas en el interior del suelo, rodeadas
de fisuras periféricas.




                  Figura 16.   Corte transversal de un dren topo.




                                                                                38
Las fisuras periféricas que rodean la galería recolectan los excedentes hídricos
acumulados en la zona radicular, y por lo tanto, estas fisuras son la clave del éxito
del funcionamiento de dichos drenes.


El propósito de los drenes no es controlar el nivel freático, sino remover excesos de
agua de la superficie o de la parte superior del suelo. Por lo tanto, los drenes topo
pueden ser considerados como un sistema intermedio entre un sistema de drenaje
superficial y uno subsuperficial.


Estos drenes descargan en la zanja colectora debido a la gravedad, y por lo tanto,
deben tener pendiente positiva en dirección a la zanja.           Además, para su
construcción y prolongación de su vida útil, se requiere un contenido mínimo de
arcilla de 20% en la zona de la galería


12.2 Implemento usado para la construcción de drenes topo.

El implemento utilizado para construir los “drenes topo”, se conoce con el nombre de
“arado topo”. En el Sur de Chile, es una maquinaria de uso frecuente en aquellos
predios con limitaciones de mal drenaje, existiendo una gran diversidad de tipos y
adaptaciones de dicho implemento, pero es posible distinguir dos versiones,
descritos a continuación:


12.2.1 Arado topo sin barra de tiro, de acople al sistema hidráulico de tres
       puntos del tractor.

Como se indica en la Figura 17, este modelo es básicamente un subsolador
modificado, al cual se le ha adicionado un balín expandidor, que generalmente es
una esfera o cilindro de metal.




                                                                                   39
Figura 17.    Arado topo sin barra de tiro.

Como se muestra en la Figura 18, este modelo posee una importante desventaja.
Debido a que está directamente conectado al sistema de tres puntos, el implemento
queda a una corta distancia de las ruedas traseras del tractor, y por lo tanto, se
trasmiten al eje longitudinal del dren topo todos los movimientos de oscilación de las
ruedas en su contacto con el microrelieve del suelo. Esto provoca una importante
pérdida de linealidad del eje longitudinal, repercutiendo en una deficiencia para el
escurrimiento del agua al interior del dren topo.      Por la desventaja explicada
anteriormente, no se recomienda el uso de este modelo.




      Figura 18.    Efecto de la barra de tiro en la linealidad del dren topo.



                                                                                    40
12.2.2 Arado topo con barra de tiro.

Como se muestra en la Fotografía 6, esta versión consta básicamente de una barra
de tiro, una hoja subsoladora, un cilindro de penetración o “torpedo”, un balín
expandidor y un par de patines estabilizadores frontales, que puede ser accionado
mediante tracción mecánica o animal.


                   HOJA SUBSOLADORA



                                        BARRA DE TIRO


                 BALIN DE
                 PENETRACION




                                             PATINES
                                         ESTABILIZADORES
                   BALIN EXPANDIDOR

                  Fotografía 6.    Arado topo con barra de tiro.

En el caso de tracción mecánica, el acoplamiento al tractor es mediante el sistema
de tres puntos, y en el caso de tracción animal, el implemento es de tiro, mediante
una cadena, y se agrega en el modelo, una mancera doble para su operación.

La principal ventaja de este modelo, es que mediante la barra de tiro se anula en un
grado importante la replicación del microrelieve en el eje longitudinal del dren topo
(Figura 18).

12.3 Construcción de drenes topo

Las fisuras periféricas que rodean la galería recolectan los excedentes hídricos
acumulados en la zona radicular, y por lo tanto, estas fisuras son la clave del éxito
del funcionamiento de dichos drenes.


Al realizar la labor, estas grietas periféricas son producto de la acción de la hoja
subsoladora y el balín expandidor del impacto sobre el suelo.   Además, es de vital

                                                                                   41
importancia la linealidad longitudinal de la galería, lo que facilita el obtener una
pendiente uniforme y una menor rugosidad interna, permitiendo maximizar el caudal
que descargan estos drenes.

Estas dos características, se obtienen por una parte, con el uso de un adecuado
implemento para la construcción de los drenes, y por otro lado, se requiere
considerar normas para la correcta ejecución de la labor.

Previo al inicio de la labor de construcción de los drenes topo, debe procederse a la
regulación del implemento, distinguiéndose tres tipos de regulación:

1)   Regulación de horizontalidad de la barra de tiro. Consiste en que la barra
     de tiro debe estar paralela a la superficie del suelo durante la ejecución de la
     labor.

2)   Regulación del ángulo de ataque de la hoja subsoladora. Esta debe quedar
     con un ángulo ligeramente mayor a 90º (aproximadamente 95º) con respecto a
     la barra de tiro, de tal manera que durante la labor no tienda a enterrarse ni a
     salirse hacia la superficie, quedando en un punto de equilibrio.

3)   Regulación de verticalidad de la hoja subsoladora. Debe quedar en una
     posición totalmente vertical y perpendicular a la superficie del suelo, para
     disminuir el roce de éste con las paredes de la hoja subsoladora, que tiende a
     hacer salir la hoja a la superficie.    Además, una posición vertical permite
     realizar un corte del suelo de mayor impacto, con un mínimo esfuerzo de
     tracción durante la labor.

Los parámetros de diseño y construcción más importantes para los drenes topo son:

              - Epoca de construcción.
              - Velocidad de avance.
              - Espaciamiento entre pasadas.
              - Profundidad de la galería.



                                                                                   42
En el Cuadro 9 se presenta un resumen de las recomendaciones técnicas para
construcción de drenes topo.


Cuadro 9.       Recomendaciones técnicas para la construcción de drenes topo

PARAMETRO       EXPLICACION                                 RECOMENDACION


Época de        En zona de grietas, debe haber              Término de primavera a
construcción    humedad cercana a suelo seco, para          comienzos de verano,
                que éstas no se cierren.                    aproximadamente el mes
                                                            de Diciembre, en la X
                En zona de galería debe existir suelo       Región.
                friable para garantizar estabilidad de la
                galería.

                Posterior a la labor, debe haber período
                de “fraguado” de grietas.

Velocidad de    La rapidez de la rotura del suelo debe      3 km/hr, equivalente a
la labor        anular la elasticidad que tiende a cerrar   marcha primera lenta del
                las grietas.                                tractor, o el tranco de una
                                                            persona caminando
                El roce del implemento debe producir        normalmente.
                calor para fraguar las paredes internas
                de la galería.

Espaciamiento Lograr traslape horizontal de grietas         2m
entre pasadas entre dos pasadas consecutivas (Figura
              19)

Profundidad     Galería debe quedar en zona con             40 a 60 cm
de la galería   mínimo 20% de arcilla.

                Grietas deben alcanzar la zona
                radicular.

                Evitar daño por pisoteo animal.




                                                                                     43
Figura 19.   Selección del espaciamiento entre drenes topo.


12.4 Alternativas de descarga del dren topo a colectores.

Las alternativas más comunes son:

a) Salida directa a una zanja abierta de una profundidad tal que garantice la caída
  libre de aguas desde los drenes, como se indica en la Fotografía 7.




              Fotografía 7.      Drenes topo descargando a zanja.




                                                                                 44
b) Descarga a una zanja de relleno donde se ha instalado previamente un dren de
  tubo con abundantes piedras y grava como material envolvente que actúa como
  colector, como se indica en la Figura 20.




           Figura 20.     Descarga de dren topo en tubería de drenaje.


La primera alternativa es recomendable en suelos planos y donde la construcción de
zanjas   abiertas   no   represente   dificultades.    La   segunda   alternativa   es
particularmente útil en suelos que presentan depresiones localizadas, en cuyo caso
el dren entubado se ubica en el punto más bajo y los drenes topo se trazan
perpendicularmente a lo largo de la tubería.




13. INTERVENCION DE CAUCES NATURALES.

En todo proyecto de drenaje debe analizarse el cauce evacuador de las aguas para
decidir si es necesario su intervención.       Esta situación se presenta cuando el
tamaño de su sección o condiciones de limpieza no aseguren la conducción de los
caudales adicionales que surgen de una red de drenaje, y que además,
eventualmente se produzcan inundaciones del terreno ribereño por la salida del
agua.


En algunos casos, la importancia de la intervención de los cauces naturales es de
primer orden, ya que debido a la baja densidad geográfica, reducida pendiente y
sección transversal y su estado de embancamiento y obstrucción por vegetación,
                                                                                    45
éstos no cumplen con la función de evacuar los excesos de lluvia del área, y al
contrario, constituyen un importante impedimento a esta necesidad.


Por lo tanto, dependiendo de la gravedad del problema, a veces es necesario el
control de inundaciones, la limpieza, el enderezamiento y el aumento de la sección
de conducción de los cauces naturales existentes en la zona del proyecto.


13.1 Control de inundaciones.

Si bien este tema puede considerarse no directamente relacionado con el drenaje,
no es menos cierto que en muchos terrenos ésta es la razón principal de los
problemas de drenaje que se presentan.        Tal es el caso de las terrazas bajas
adyacentes a ríos y esteros.


La solución de un problema de esta naturaleza consiste en la construcción de obras
de ingeniería que impidan el desbordamiento de los ríos o esteros causantes de la
dificultad. Las obras más comunes son los diques y muros de contención.


13.1.1 Diques

Los diques son muros de tierra levantados en los márgenes de los ríos que permiten
aumentar la capacidad natural del estero e impedir que el agua ingrese a las áreas
bajas adyacentes. La Figura 21 muestra un dique y las formas más tradicionales de
elevar su altura bajo condiciones críticas.


13.1.2 Muros de contención

Los muros de contención son, por lo general, obras de hormigón, albañilería o
madera, destinados también a aumentar la capacidad de porteo del río e impedir que
el agua ingrese a los terrenos circundantes. En la Figura 22 se muestran diferentes
tipos de muros que pueden construirse.




                                                                                 46
Figura 21.   Diques de contención (Schwab, G. y otros, 1981).




                                                                47
Figura 22.   Muros de contención (Schwab, G. y otros, 1981).




                                                               48
13.2 Limpieza de cauces naturales

La labor de limpieza consiste en la extracción de sedimentos, despeje y retiro de
toda la vegetación existente sobre el ancho de corte de los cauces, ya sean
malezas, matorrales, o árboles de diverso tamaño. Esta labor es realizada sobre el
lecho de los cauces, utilizando una excavadora oruga.


La labor de limpieza de árboles no es efectuada mediante tala, sino que a través del
volteo de los árboles utilizando el brazo de la excavadora.         Esto se consigue
fácilmente, debido a que el arraigamiento de árboles en el lecho de los cauces es de
tipo superficial. Posterior al volteo de los árboles, se arrastran y levantan los
matorrales y árboles derribados, utilizando conjuntamente el brazo y el balde de la
excavadora.


13.3 Ampliación de cauces naturales

Para el cálculo de la excavación en cauces naturales, debe considerarse que existe
una sección actual, la cual será ampliada. Por lo tanto, la sección de excavación
corresponde a la diferencia entre la sección futura y la sección actual del cauce.


El cálculo de las secciones y dimensiones de los cauces naturales ampliados, se
rige por la misma metodología utilizada en el caso de zanjas de drenaje, es decir, la
fórmula de Manning. En suelos ñadis, el valor del talud corresponde a 0 :1, ya que
los cauces tienen su sello en el sustrato fluvioglacial cementado, que permite este
talud vertical.


Al igual que la labor de limpieza, dicha labor se realiza sobre el lecho de los cauces,
utilizando una excavadora. En el Cuadro 10 se presentan las características y los
estándares para limpieza y ampliación de cauces naturales.




Cuadro 10.             Estándares limpieza y excavación de cauces naturales


                                                                                     49
Medio                 Etapa        Rendimiento

Excavadora Oruga      Limpieza     Condición de obstrucción severa    = 315 m2/hr
Modelo 200            de Cauce     Condición de obstrucción normal    = 450 m2/hr
133 HP potencia       Natural      Condición de obstrucción favorable = 585 m2/hr
nominal

Balde 1200 mm         Excavación 30 – 40 m3/hr.
ancho y 0,93 m3       de Cauce
capacidad             Natural




14. MANTENCION DE OBRAS DE DRENAJE.

La mantención de sistemas de drenaje, es un aspecto al que generalmente se
atribuye menor importancia de la que se merece. En la mayoría de los casos, es un
compromiso descuidado y muchas veces olvidado por completo. Lamentablemente
es frecuente constatar el deplorable estado de funcionamiento y conservación de
obras de drenaje en las que se han invertido cuantiosos recursos, situación
inaceptable desde todo punto de vista, como se muestra en la Fotografía 8.




 Fotografía 8.       Zanja de drenaje en pésimas condiciones de mantención.


Por lo anterior, es necesario reafirmar, recordar e insistir en la importancia de la
mantención de las obras, de tal manera que sean asumidas como una obligación
ineludible que debe ser cumplida permanentemente por los usuarios.




                                                                                  50
Existen dos objetivos de gran importancia perseguidos con la mantención de las
obras.   Por una parte, la adecuada mantención asegura permanencia de las
propiedades hidráulicas del sistema, es decir, permite que las obras funcionen
adecuadamente descargando los caudales para las que fueron diseñadas. Por otro
lado, es obvio que solamente con una adecuada mantención es posible resguardar
las inversiones realizadas en las obras, optimizando la vida útil de éstas,
protegiendo y haciendo más eficiente el uso de los recursos.


14.1 Mantención de zanjas.

Las labores de mantención a realizar en zanjas colectoras se recomienda
efectuarlas previamente a la época de lluvias, durante el período estival, con
frecuencia de una vez por temporada.


14.1.1 Extracción de sedimentos.

Una vez finalizada la temporada de drenaje, los caudales comienzan a disminuir en
cantidad y velocidad, de tal manera que progresivamente se van depositando
sedimentos en el sello o fondo de la zanja.


Por otro lado, en plena temporada de drenaje, las altas velocidades que suelen
alcanzar los caudales, posibilitan el arrastre de objetos (troncos, ramas, piedras,
restos de derrumbes, otros), los cuales luego se depositan en puntos de cambio de
dirección o de menor velocidad, lugares en donde progresivamente se van
acumulando.
La extracción de estos depósitos, dependiendo de la longitud total y del tamaño de
la zanja, puede realizarse manualmente, con palas, o bien utilizando excavadoras
con un tipo de balde apropiado para la labor.


14.1.2 Corte de vegetación de berma, talud y sello de la zanja.




                                                                                 51
Las adecuadas condiciones de humedad y estado de permanente rezago que existe
en la berma, taludes y sello de la zanja, producen condiciones favorables para el
crecimiento de la vegetación en dichos sitios.


La labor de control de esta vegetación puede realizarse en forma manual usando
herramientas cortantes (rozones, guadañas, machetes, otros); en forma mecanizada,
ya sea con herramientas mecánicas manuales como una desbrozadora, o con el uso
de implementos accionados con tractor, como una barra segadora lateral angulable.
También pueden utilizarse herbicidas químicos de contacto como Gramoxone o
sistémicos como Round-up.


14.1.3 Reparación de cercos.

La presencia de un cerco a ambos lados de la zanja es imprescindible para asegurar
una adecuada mantención de ésta. Por lo tanto, debe realizarse periódicamente una
inspección del estado de conservación de los cercos y al detectarse un desperfecto,
debe procederse de inmediato a su reparación.


El principal daño que ocasiona la ausencia de cerco o un estado deficiente de éste, es
la destrucción del talud de la zanja debido al pisoteo de animales de pastoreo, los que
se aproximan a la zanja para abrevar y consumo de la vegetación existente. Este
daño suele ser tan severo, que al cabo de algunos años prácticamente se produce la
destrucción total de la zanja.


Por otro lado, un buen cerco es también garantía de seguridad para los animales, ya
que al impedir su paso, se evita que aquellos de peso considerable, como los bovinos,
puedan perecer ahogados o asfixiados al caer dentro de una zanja; más aún si ésta
es de un tamaño considerable.


En la inspección de los cercos, debe revisarse el estado de los estacones,
reemplazando aquellos que se encuentran quebrados o podridos. También se debe
revisar la fijación y tensión del alambre.


                                                                                     52
Para asegurar una mayor vida útil de los estacones, se recomienda impregnarlos, o
pintarlos con aceite quemado.


14.1.4 Inspección y limpieza de alcantarillas.

Cuando las zanjas deben cruzar un camino es necesario construir una alcantarilla.
Es frecuente que estas alcantarillas se construyan sin cámaras de decantación,
razón por la cual al cabo de unos años presentan una gran acumulación de material
depositado en su interior. Esto es difícil de limpiar y reduce en forma importante la
sección de flujo.


Las cámaras de decantación son receptáculos rectangulares instalados al inicio y
final de la alcantarilla (en cada extremo) y cuyo fondo se ubica por debajo del sello
de ésta. Así al bajar la velocidad del agua en este punto, se produce la decantación
de las partículas en suspensión.


Por lo tanto, para asegurar la adecuada mantención de las alcantarillas y resguardar
de esta manera que no se conviertan en un obstáculo para la red de zanjas, se
deben instalar cámaras de decantación al inicio y al final de la alcantarilla, y
proceder a la extracción de los sedimentos todos los años




14.2 Mantención de drenes de tubería.

Las labores de mantención en drenes de tubería se recomienda efectuarlas previo a
la época de lluvias, durante el período estival.


14.2.1 Remoción de sedimentos del interior de las tuberías.

No obstante el uso de material filtrante y de estructuras de mantención, con el
transcurso del tiempo los drenes subterráneos disminuyen su eficiencia, lo cual puede
deberse a:



                                                                                   53
•   Sedimentación de materiales finos del suelo, como arena fina y limo.


•   Obstrucción por raíces de los cultivos, situación que es más frecuente en cultivos
    permanentes de arraigamiento profundo.

•   Obstrucción por depósitos químicos, como óxidos de Fierro no soluble.

Cuando ocurren tales problemas, la eliminación de estos depósitos, se realiza
mediante las siguientes labores:


Raspado, mediante escobillas accionadas en forma manual o mecánica.

Al interior de la tubería, se introducen varillas con suficiente rigidez y flexibilidad,
que permitan realizar un raspado de las paredes internas de los drenes, mediante
escobillas adosadas en sus extremos.        Esta técnica posee la limitación de no
permitir una gran longitud de limpieza, razón por la cual su uso se ha discontinuado.


Lavado con agua a alta presión, utilizando una bomba inyectora.

Este método consiste en la introducción de una manguera en el interior de la tubería,
que en su extremo inicial consta de una boquilla que posee salidas en diferentes
direcciones, que expulsa el agua a gran velocidad.
Una de las salidas de la boquilla es un chorro lineal frontal, que va impactando y
desagregando los depósitos de material; y la otra salida consiste en un cono
proyectado en sentido inverso, y que al impactar la pared interna de la tubería,
genera una fuerza de reacción que va provocando el avance de la manguera, y
produciendo el flujo de salida para el arrastre del material en suspensión hacia el
exterior de la tubería. Esta manguera es presurizada mediante una bomba que
inyecta la presión necesaria.


Empleo de gas anhídrido sulfuroso.

Cuando las aguas de drenaje poseen altas concentraciones de óxidos de fierro,
existe el riesgo de acumulación de óxidos férricos no solubles en las paredes
                                                                                      54
internas de las tuberías, que eventualmente podrían provocar la obstrucción de
éstas.


Para la remoción de dichos óxidos férricos no solubles se recomienda inyectar
anhídrido sulfuroso en la forma de gas, que transforman estos agregados férricos en
un compuesto ferroso soluble eliminados con las aguas de drenaje.


14.2.2 Inspección, limpieza y reparación de estructuras

También es importante inspeccionar el estado en que se encuentran las estructuras
instaladas conjuntamente con las tuberías, en especial las cámaras de inspección y
las salidas de tubería. En ellas debe procederse a su limpieza y reparación en caso
de ser necesario. Para ambas estructuras, se recomienda su protección con un cerco,
manteniéndolas siempre con la vegetación cortada.




14.3 Mantención de cauces naturales.

Las labores de mantención a realizar en los cauces naturales se recomienda
realizarlas durante la época de menor caudal, correspondiente normalmente a la
primera quincena de marzo, con una frecuencia aproximada de dos años.


14.3.1 Limpieza de sedimentos y restos de materiales y árboles acumulados en la
       sección del cauce

Durante el período de crecidas, es frecuente que los cauces transporten diversos
materiales y objetos (ramas, troncos, piedras, basura, otros), debido a las altas
velocidades y caudales producidos en estos eventos.            Dependiendo de las
características de la sección y de los accidentes naturales presentes a lo largo del
cauce, en algunos puntos se van depositando y acumulando estos materiales, lo
cual al final del período de crecidas produce áreas propicias para la sedimentación.
                                                                                   55
En muchos casos, esto se ve agravado por la continuación de cercos en la sección
del cauce, en aquellas propiedades que poseen terrenos a ambos lados de éste, lo
cual se hace aludiendo a la necesidad de evitar el ingreso de los animales de los
vecinos hacia el interior de las propiedades. Estos cercos instalados dentro del
cauce, actúan como verdaderas redes de intercepción de objetos en las crecidas,
generando     acumulaciones que se transforman en graves obstáculos para el
escurrimiento de las aguas. Obviamente, por las razones expuestas, debe evitarse
la instalación de dichos cercos dentro del cauce, o bien retirar periódicamente los
materiales acumulados.


Para la extracción de los sedimentos y los materiales acumulados, generalmente es
recomendable realizar esta labor en forma mecanizada, mediante el uso de una
excavadora. No obstante, es posible desarrollarlo manualmente, utilizando tracción
animal con carretas para el retiro del material.


14.3.2 Control de vegetación en las riberas

Con el transcurso del tiempo, y debido al favorable contenido de humedad, en la
ribera de los cauces se va desarrollando abundante vegetación, tanto herbácea
como arbustiva y arbórea. Si no se controla este crecimiento, al cabo de algunos
años la vegetación se desarrollará también en la sección del cauce, produciendo
una disminución de la velocidad del agua por un aumento de la rugosidad,
reduciendo la capacidad de conducción. Sin embargo, es recomendable mantener
la ribera con presencia de vegetación, ya que actúa como protección a la acción
erosiva del caudal durante las crecidas.


Por lo tanto, en lo referente al control de la vegetación, la mantención de las riberas
debe realizarse sólo con el objeto de impedir que ésta se desarrolle hacia el interior
de la sección, pero debe mantenerse el máximo de vegetación presente en la ribera
propiamente tal. Por ser esta labor bastante selectiva y controlada, se recomienda
realizarla en forma manual utilizando herramientas cortantes (rozones, guadañas,


                                                                                     56
machetes, otros) o utilizando herramientas mecánicas manuales, como una
desbrozadora.




15. COSTOS Y PRESUPUESTOS DE OBRAS DE DRENAJE.

El primer paso para comenzar a estudiar un presupuesto, es dividir la obra en
partidas o ítems de pago que debe considerar todos los gastos que incurrirá la
construcción de la obra.


Las partidas son las faenas o elementos constructivos evaluados individualmente.
Estos deben ser medibles, presupuestables y verificables, de modo de controlar
avances, cobrar estados de pago y comparar el avance real con el programado. En
cada partida debe determinarse la unidad que tendrá ésta, siendo por ejemplo, en
m3, m2, ml, gl, otros
El segundo paso consiste en cubicar las distintas partidas, es decir, calcular las
cantidades de unidades de cada partida, sean éstas en volúmenes, áreas o
longitudes.


Teniendo todo lo anterior puede elaborarse un presupuesto. Este debe estimar el
costo de cada partida, estudiando y haciendo un detalle de cada precio unitario
(P.U.) para cada partida, incluyendo todos los costos involucrados en la ejecución
de un trabajo, lo que debe ser compatible con las bases de medición y pagos de
cada partida.


En este capítulo se incluyen algunos casos puntuales sólo como una referencia al
tema. En estricto rigor, los costos pueden variar considerablemente de un lugar a
otro dependiendo de las condiciones locales, los objetivos del sistema a instalar y
las condiciones de construcción en la obra. Por lo tanto, se aconseja considerar los
valores de este documento como cifras orientadoras de referencia, que deben ser
corroboradas para el proyecto específico.




                                                                                  57
15.1 Análisis de precios unitarios.

El precio unitario (P.U.) de cada partida, se considera como la sumatoria de los
precios unitarios de mano de obra, materiales, maquinarias y equipos y otros. Es
decir:


P.U. Partida = P.U. mano de obra + P.U. materiales + P.U. Equipos + otros costos


Cada vez que se haga un estudio de precios unitarios, no debe contemplar gastos
generales, ni utilidades, ya que se incluyen como partidas separadas en el
presupuesto oficial.




15.1.1 Precio unitario de mano de obra

Se define como mano de obra al costo de obra involucrada en la partida. Para tener
una buena evaluación debe estimarse el rendimiento del trabajador. Los costos de
mano de obra considerados son los costos fijos, que constituyen la remuneración del
trabajador, y los costos variables, los que se dividen en:


a. Costos variables mensuales, los que a su vez se dividen en:

   Sobretiempo, que normalmente es un 50% en horas extras en días hábiles y del
    110% horas extras de días domingos y festivos.
   Trato
   Participaciones

b. Costo variable anual ( gratificaciones según corresponda)

c. Leyes Sociales, las que a su vez se dividen en:




                                                                                   58
   Imposiciones: calculadas sobre la base de un porcentaje sobre la remuneración
    imponible. Son parte del dinero del trabajador que el empleador retiene e ingresa
    a los fondos de pensiones y de salud a nombre del trabajador.
   Seguro de accidente: considerando un porcentaje sobre el total ganado por el
    trabajador, variando de acuerdo a los índices de accidentalidad de la empresa.
•   Otras asignaciones:
              -     Alimentación
              -     Movilización
              -     Viáticos (según corresponda)
              -     Asignación por desgaste de herramientas (según corresponda)
              -     Asignación por pérdida de caja (según corresponda)
•   Indemnizaciones: son los costos en que se incurre al despedir un trabajador.
    Estas se dividen en:
              -     Desahucio, cancelando un mes de sueldo al trabajador, que es
                    despedido sin el previo aviso de un mes por lo menos.
              -     Indemnización por años de servicio, que corresponde a un mes de
                    sueldo por cada año de servicio.
              -     Pago proporcional por vacaciones, pagándose al trabajador que
                    sea despedido antes de haber hecho uso de sus vacaciones.


En el Cuadro 11 se presenta un resumen del costo aproximado de leyes sociales en
Chile, estimación realizada por Ondac (1993)


Cuadro 11.        Costos de leyes sociales.

Asignaciones legales                %      Beneficios adicionales            %
Semana corrida                     18.65   Causas climáticas                2.54
Aporte patronal                    0.90    Colación                         1.02
Cotización adicional mutual        2.55    Locomoción                       0.86
Feriado anual                      5.01    Falta de materiales              0.42
Por años de servicio               3.33    Desgaste de herramientas         2.03
Desahucio                          5.00    Capacitación y alfabetización    0.14
Gratificación                      12.07   Aguinaldo                        0.50
Equipo de seguridad y trabajo      1.25    Asignación por fallecimiento     0.03
                                           Cotización depto. de             1.00

                                                                                     59
seguridad de la empresa
Subtotal                          47.03    Subtotal                        8.54
                                           Total                           55.57
Fuente: Revista ONDAC




15.1.2 Precio unitario materiales

Consiste en una cotización de los materiales a utilizar en obra (incluyendo
transporte), obteniéndose de la cubicación y especificaciones técnicas.
El precio de los materiales se verá afectado por las ofertas del momento, calidad de
los materiales, volúmenes de los materiales, volúmenes de compra, formas de pago,
otros


Es recomendable incluir un porcentaje, llamado porcentaje de pérdidas donde se
consideran posibles robos, pérdidas por mala utilización del material, mal
almacenamiento, mal transporte, por mala programación de compra, otros


15.1.3 Precio unitario equipos y maquinarias

Es el costo de equipos, maquinarias y herramientas utilizables en cada partida,
dependiendo fundamentalmente de la planificación de la obra y de la estrategia
adoptada. Se consideran          herramientas (martillos,   palas, carretillas,   otros),
superficies provisorias (escaleras, andamios, carreras, otros) y maquinarias (grúas,
vibradores, betoneras, otros).


En muchos casos todo lo que es herramienta y superficies provisorias puede
considerarse en los gastos generales o en la instalación de faenas, pero para la
situación de maquinarias puede haber 3 posibilidades:

   Equipos arrendados.

                                                                                       60
   Equipos con leasing, siendo el costo mensual superior a un arriendo tradicional.
   Equipos propios, determinando los costos de depreciación del equipo y los de
    posesión y operación del mismo.

Por lo general la posibilidad del equipo arrendado es la forma más común para las
maquinarias.


15.2    Costos de Construcción de Obras de Drenaje.

15.2.1 Costos de construcción de proyecto drenaje superficial intrapredial
        sistema zanja - dren topo en suelos ñadis.

En el Cuadro 12, se presentan los costos de construcción de un sistema zanja-dren
topo en un suelo ñadi, serie Frutillar, en condiciones de suelo limpio, sin restos de
troncos ni matorrales. El trabajo se realizó en una superficie de 30.55 has.       El
espaciamiento entre drenes fue de 5 m, construcción manual de las zanjas y los
drenes topo se construyeron con un implemento accionado por tractor. De dicho
cuadro se desprende que el costo de este tipo de obra          es de UF 13.27 por
hectárea.




                                                                                   61
Cuadro 12.          Costos totales de construcción de un sistema de drenaje
                    superficial tipo zanja - dren topo para suelos ñadis.

                                          Costo Unitario                       Costo Total
            Item              Unidad          (UF)            Cantidad            (UF)
Topografía                      Ha            0,87             30,55             26,58
Excavación zanja
Tierra                       m3                 0,03           862,20            25,87
Ripio                        m3                 0,14           934,05            130,77
Picotas                     Km                  0,70            2,40              1,68
Palas                       Km                  3,05            2,40              7,32
Limpieza zanja
Deterioro severo             M                  0,03           645,00             19,35
Deterioro regular            M                  0,02           680,00             17,20
Confección drenes topo      Km                  0,42           61,10              25,66
Movimiento material de bordes
Tierra                       m3                 0,04           862,20             34,49
Ripio                        m3                 0,09           934,05             84,06
Cercado de zanjas
Polines                     Km                  4,43           4,79              21,22
Alambre                     Km                  1,24           4,79               5,94
Mano de obra                Km                  1,09           4,79               5,22
                                                            TOTAL                405,36
                                                            UF/ha                13,27
Fuente: Ortega, 1996.


15.2.2 Presupuesto proyecto drenaje superficial macrored extrapredial suelos
       ñadi.

En este capítulo se presenta un presupuesto de un caso real, en que la obra
proyectada corresponde a una macrored de drenaje extrapredial en suelos ñadis de la
serie Frutillar, ubicada en la Comuna de Frutillar, Provincia de LLanquihue, Décima
Región, siendo la superficie de influencia directa del proyecto de 1.595 ha.


En el área del proyecto se presenta una situación generalizada de mal drenaje
durante gran parte del año. El origen de la recarga es lluvia directa sobre el área del
proyecto, y la escorrentía superficial generada en las áreas adyacentes.


La obra proyectada corresponde a una macrored extrapredial de Drenaje, que
consiste en una red de zanjas colectoras que reciben las aguas de drenaje prediales
                                                                                      62
y las descargan en los cauces naturales existentes. Se contempla la construcción
de un total de 10.984 m de zanjas colectoras y la limpieza y ampliación de un total de
19.555 m de cauces naturales.


Se especifican las inversiones y costos que son necesarios para la materialización de
las obras propuestas. Los valores se expresan en pesos de marzo de 1998, en
valores netos, sin incluir el IVA. Tanto los estándares técnicos como los precios
utilizados, corresponden a valores locales, obtenidos de proyectos similares
realizados en la región.


En el Cuadro 13, se presentan los estándares de rendimiento y construcción de las
obras proyectadas.




                                                                                    63
Cuadro 13.         Estándares de rendimiento y construcción obras macrored
                   extrapredial suelos ñadi, serie Frutillar


ACT IVIDAD                                FORMA DE CONSTRUCCION
IDENTIFICACION               UNIDAD       IDENTIFICACION UNIDAD     RDTO.
AMPLIACION CAUCE
Limpieza Condición Favorable m2           Excavadora           hr   585 m2/hr
Limpieza Condición Normal    m2           Excavadora           hr   450 m2/hr
Limpieza Condición Severa    m2           Excavadora           hr   315 m2/hr
Excavación                   m3           Excavadora           hr    36 m3/hr
CONSTRUCCION COLECTORES
Construcción faja            km           Camión tolva         hr   0,1 km/hr
                                          Mano de obra         J    0,1 km/J
Excavación suelo                m3        Excavadora           hr   70 m3/hr
Excavación ripio                m3        Excavadora           hr   40 m3/hr
Repase y Terminación Sección    m3        Mano de Obra         J    5 m3/J
Retiro del suelo excavado       m3        Camión tolva         hr   38 m3/hr
Retiro del ripio excavado       m3        Camión tolva         hr   32 m3/hr
Esparcimiento suelo y ripio     m3        Buldozer             hr   75 m3/hr
Cercado                         km        Mano de Obra         J    0,01 km/J


Conociendo los estándares técnicos y los precios de mercado, se determina el
precio unitario de las diferentes partidas del presupuesto.


En los Cuadros 14 al 18, se presentan los precios unitarios de las siguientes
partidas del presupuesto, respectivamente:

•   Ampliación de cauces naturales
•   Roce, despeje y limpieza de faja.
•   Excavación de colectores.
•   Retiro del material excavado.
•   Cercado de zanjas.




Cuadro 14. Precio unitario ampliación cauces naturales
                 ($ marzo 1998, sin IVA).


                                                                                64
PARTIDA  : Ampliación cauces naturales.
UNIDAD   : m^2 (limpieza) : m^3 (excavación) .
CANTIDAD : 1

                                                            PRECIO       PRECIO TOTAL
DESIGNACION                       UNIDAD         CANT.      UNIT ($)            ($)
ITEM / Sub–ítem                                                          Sub-Item   ITEM
LIMPIEZA
CATEGORÍA FAVORABLE             hr excavad.     0,00171      22.000                       38
LIMPIEZA
CATEGORÍA NORMAL                hr excavad.     0,00222      22.000                       49
LIMPIEZA
CATEGORÍA SEVERA                hr excavad.     0,00317      22.000                    70
EXCAVACIÓN                      hr excavad.     0,02778      22.000                   611




Cuadro 15. Precio unitario roce, despeje y limpieza de faja.
           ($ marzo 1998, sin IVA).

PARTIDA  : Roce, despeje y limpieza de faja.
UNIDAD   : Km.
CANTIDAD : 1
                                                          PRECIO        PRECIO TOTAL
DESIGNACION                     UNIDAD         CANT.      UNIT ($)             ($)
ITEM / Sub – ítem                                                      Sub-Item       ITEM
MANO DE OBRA                                                                        89.100
Jornalero                       Jornada         10           5.500      55.000
Desgaste de herramientas           %             5                       2.750
Leyes sociales                     %            57                      31.350
MAQUINARIA                                                                          80.000
Camión tolva de 7 m 3              Hr           10           8.000      80.000
TOTAL COSTO DIRECTO                                                                169.100




                                                                                     65
Cuadro 16. Precio unitario excavación colectores.
           ($ marzo 1998, sin IVA).
PARTIDA  : Excavación colectores.
UNIDAD   : m^3
CANTIDAD : 1
                                                        PRECIO        PRECIO TOTAL
DESIGNACION                      UNIDAD        CANT.    UNIT ($)             ($)
ITEM / Sub – ítem                                                     Sub-Item   ITEM
EXCAVACION
EN ESTRATA DE SUELO             hr excavad.   0,01429   22.000                  314
EXCAVACION
EN ESTRATA DE RIPIO             hr excavad.   0,02500   22.000                   550
MANO DE OBRA                                                                   1.782
Jornalero                        Jornada        0,2        5.500      55.000
Desgaste de herramientas            %            5                     2.750
Leyes sociales                      %           57                    31.350



Cuadro 17. Precio unitario retiro del material excavado.
           ($ marzo 1998, sin IVA).
PARTIDA  : Retiro del material excavado.
UNIDAD   : m^3
CANTIDAD : 1
                                                           PRECIO      PRECIO TOTAL
DESIGNACION                      UNIDAD        CANT.       UNIT ($)           ($)
ITEM / Sub – ítem                                                      Sub-Item   ITEM
RETIRO                              hr.
DEL SUELO EXCAVADO             camión tolva   0,02632        8.000              211
RETIRO                              hr.
DEL RIPIO EXCAVADO             Camión tolva   0,03125        8.000              250
ESPARCIMIENTO                       hr.
SUELO Y RIPIO                    Buldozer     0,01333       18.000              240




                                                                                 66
Cuadro 18. Precio unitario cercado de zanjas.
             ($ marzo 1998, sin IVA).
PARTIDA  : Cercado de zanjas.
UNIDAD   : Km.
CANTIDAD : 1
                                                       PRECIO       PRECIO TOTAL
DESIGNACION                      UNIDAD      CANT.     UNIT ($)            ($)
ITEM / Sub – ítem                                                 Sub-Item          ITEM
MATERIALES                                                                     1.301.296
Estacones                            u         800        1.200   960.000
Alambre púa                    rollo 500 m      16       15.000   240.000
Grampas 1 ½ “                       kg          27          550    14.850
Pérdida de materiales                %           3                 36.446
Transporte de materiales             gl                            50.000
MANO DE OBRA                                                                   1.134.000
Maestro semicalificado           Jornada       100        7.000   700.000
Desgaste de Herramientas            %            5                 35.000
Leyes Sociales                      %           57                399.000
TOTAL COSTO DIRECTO                                                           2.435.296




Finalmente, conociendo los precios unitarios y la cubicación del proyecto, se realiza
el cálculo del presupuesto total de construcción, que se presenta en el Cuadro 19.




                                                                                     67
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011 drenaje en suelos agrícolas

  • 1. GOBIERNO DE CHILE MI N I S T E R I O D E A G R I C U L T U R A COMISION NACIONAL DE RIEGO CORPORACIÓN DE FOMENTO DE LA PRODUCCIÓN DRENAJE EN SUELOS AGRICOLAS INSTITUTO DE INVESTIGACIONES AGROPECUARIAS INIA - CARILLANCA FEBRERO 2001
  • 2. DRENAJE DE SUELOS AGRICOLAS Leopoldo Ortega C Luis Sagado S Ing. Agrónomo. Ing. Agrónomo Ph.D. Instituto de Investigaciones Agropecuarias Facultad de Ingeniería Agrícola Centro Regional de Investigación Remehue Universidad de Concepción 1. INTRODUCCION El mal drenaje de los suelos, tanto externo como interno, ha sido un aspecto al que históricamente no se le ha dado la importancia merecida. Por un lado, la actitud normal de los agricultores ha sido evitar utilizar aquellos suelos con problemas de drenaje, o usar cultivos de corto período de desarrollo que crezcan durante la temporada en que el problema no es evidente. Asimismo, la acción estatal de fomento a la investigación, transferencia tecnológica, y construcción de obras de drenaje es aún escasa, y no guarda relación con la envergadura e importancia del problema. Salgado (1991), indica que estudios de suelos realizados entre Santiago y Osorno, reportan una superficie de 800.000 ha con problemas de drenaje restringido, que representan el 38% del total arable entre ambas ciudades. Por su parte, Ortega (1993), citando cifras elaboradas por INIA-Remehue, indica que en la X Región existen 554.675 ha con problemas de drenaje, que representan el 32,4% de la superficie total con aptitud agropecuaria. Ningún país puede darse el lujo de permitir que más de un 30% de su superficie agropecuaria se encuentre limitada en su producción. El impacto en su economía es de una magnitud tal que puede representar un verdadero freno a su desarrollo. El objetivo del presente Boletín Técnico es proporcionar a agricultores, técnicos y profesionales no especializados en esta temática, elementos de juicio y antecedentes técnicos necesarios y suficientes que permitan realizar un acertado diagnóstico de un problema de drenaje, recomendar algunas labores y obras tipo y elaborar un perfil de proyecto de drenaje. 1
  • 3. Cabe hacer presente que la mayoría de los estándares expuestos en el presente documento, corresponden a valores promedio de obras ejecutadas en la X Región. Por lo tanto, estos valores deben utilizarse con la prudencia del caso, y adecuarlos, dependiendo de las características del terreno, tipo de maquinaria y condiciones de trabajo. Más aún, si se trata de condiciones muy particulares, o de proyectos en otras regiones. 2. DEFINICION DEL PROBLEMA. El suelo está constituido por una fase sólida, líquida y gaseosa. Para que las semillas germinen, las plantas crezcan, se desarrollen adecuadamente y produzcan altos rendimientos, es necesario que en el suelo coexistan equilibradamente las tres fases: la fase sólida, representada por las partículas de suelo; la fase líquida, representada por el agua; y la fase gaseosa, representada por el aire. Como se indica en la Figura 1, bajo condiciones de mal drenaje o de exceso de agua, el aire presente en el suelo es removido y el espacio libre es ocupado por el agua. En tales circunstancias, las plantas son afectadas en sus procesos esenciales, debido a que el oxígeno es indispensable para la respiración de las raíces. Figura 1. Fases existentes en un suelo no saturado y saturado El drenaje es una tecnología que tiene como objetivo fundamental, disminuir el exceso de agua acumulada, tanto en la superficie como en el interior del suelo, con el fin de mantener las condiciones óptimas de aireación y actividad biológica indispensables para los procesos fisiológicos de crecimiento y desarrollo radicular, como se muestra en la Figura 2. SUELO SATURADO SUELO DRENADO 2 TUBERIA DE DRENAJE
  • 4. Figura 2. Diferencia de crecimiento radicular y vigor de la planta bajo condiciones de mal y buen drenaje 3. CLASIFICACION DEL PROBLEMA DE DRENAJE. Según la localización de los excesos de agua, el problema de drenaje se clasifica en subsuperficial y superficial. En el caso del drenaje subsuperficial, el problema se produce por un exceso de agua en el interior del suelo, debido a la presencia de una napa freática, permanente o fluctuante, a una profundidad tal que restringe el desarrollo radicular. Se llama "napa freática", a la superficie de agua presente en el suelo, la cual marca el límite entre el suelo saturado y el suelo no saturado. Generalmente, la napa freática se ubica sobre una estrata impermeable, la cual impide el movimiento vertical del agua, produciendo la condición de suelo saturado. En la Figura 3 se presenta un diagrama generalizado de un sistema de drenaje subsuperficial. 3
  • 5. Figura 3. Diagrama generalizado del drenaje subsuperficial. En cambio, por drenaje superficial se entiende la remoción de los excesos de agua acumulados sobre la superficie del terreno, a causa de lluvias muy intensas y frecuentes, topografía muy plana e irregular y suelos poco permeables (Rojas, 1984). 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 superficial del sur de Chile, y en particular en la X Región, son los conocidos comúnmente como “ñadis”, “hualves” y “vegas”. EVAPOTRANSPIRACION En la Figura 4 se presenta un modelo hidrológico del drenaje superficial. PRECIPITACION Y/O SISTEMA SUELO - COBERTURA ESCORRENTIA FILTRACIONES 4 INFILTRACION
  • 6. Figura 4. Modelo hidrológico simplificado 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, puede determinarse la escorrentía, la cual constituye la información básica para el cálculo de la red de drenaje. 3.1 Componentes de un sistema de drenaje subsuperficial. Un sistema de drenes subsuperficiales tiene como objetivo fundamental el control de la profundidad de la napa freática, de forma tal que el balance de aguas y sales dentro de la zona radicular sea el óptimo para los requerimientos del cultivo en una condición de suelos y clima específico. Para lograr este objetivo, un sistema de drenes subsuperficiales consta fundamentalmente de tres tipos de drenes: laterales, colectores y dren principal. Los drenes laterales generalmente se disponen paralelos unos a otros y tienen como misión principal el control de la profundidad de la napa. Los drenes colectores, aunque eventualmente también drenan el terreno adyacente, su misión fundamental es transportar el agua extraída por los laterales hasta el dren principal donde se produce la descarga del sistema. El dren principal, que puede ser artificial o natural 5
  • 7. (río, estero, otro.), es el que en definitiva recoge los excedentes provenientes de varios sistemas. La relación entre laterales y colectores puede ser simple o compuesta. Se entiende por una red simple cuando laterales de tubo descargan en colectores zanja. Se entiende por una red compuesta cuando laterales de tubo o zanja descargan en colectores de tubo o zanja, respectivamente. La primera forma de diseño (tubo- zanja) es utilizada frecuentemente por las ventajas que tiene para el mantenimiento de la red. 3.2 Componentes del sistema de drenaje superficial. Un sistema de drenaje superficial tiene dos componentes: el primero es la red colectora y el segundo consiste en diversas prácticas de acondicionamiento superficial del terreno, con tal de facilitar el flujo del exceso de agua hacia los colectores. El primer componente, la red colectora, consistente en zanjas y tuberías, ha sido el más estudiado hasta ahora y en la actualidad existen métodos suficientemente aceptables para realizar el diseño, cálculo y cubicación respectiva. 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. Para este mismo fin, también pueden utilizarse los drenes topo, que cumplen el objetivo de recolectar y conducir el agua de saturación hacia los colectores. 4. CONSECUENCIAS DEL MAL DRENAJE. Usualmente, se considera que el principal efecto del mal drenaje es el daño a la productividad agrícola. No obstante, existen otras consecuencias, directas o indirectas, las cuales se presentan en las Figuras 5 y 6, donde se muestran los 6
  • 8. efectos del mal drenaje por acumulación superficial y en el interior del suelo, respectivamente. ACUMULACION DE AGUA SOBRE EL NIVEL DEL SUELO PERDIDA DE TRABAJABILIDAD Y PROBLEMAS DE PROBLEMAS DAÑOS A CAPACIDAD DE MECANIZACION SANITARIOS INFRAESTRUCTURA SOPORTE DISMINUCION DE RENDIMIENTOS PERDIDAS ECONOMICAS Figura 5. Efectos de la acumulación superficial de agua en el suelo EXCESO DE AGUA EN EL INTERIOR DEL SUELO MENOR AIREACION MENOR TEMPERATURA MENOR DESARROLLO DE MENOR ACTIVIDAD DE RAICES ORGANISMOS DEL SUELO MENOR DESCOMPOSICION DE MATERIA ORGANICA MENOR ABASTECIMIENTO DE NUTRIENTES DISMINUCION DE RENDIMIENTOS PERDIDAS ECONOMICAS Figura 6. Efectos del mal drenaje en el interior del suelo 7
  • 9. En el Cuadro 1 se presenta una comparación del efecto entre suelo bien drenado y mal drenado a diversos factores del suelo. Cuadro 1. Consecuencias del mal drenaje FACTOR SUELO BIEN DRENADO SUELO MAL DRENADO Aireación del Suelo 15 – 20 % oxígeno Menos de 5% de oxígeno Temperatura del suelo Normal 1 a 5 º C más baja Disponibilidad de Normal Escasa a nula nutrientes Trabajabilidad y Soporta peso sin destrucción Se destruye estructura del suelo capacidad de soporte de su estructura, ni y éste se compacta fácilmente del suelo compactación Mecanización Preparación de suelos óptima Deficiente preparación de suelo en calidad y oportunidad y con retraso. Problemas Sanitarios Normales Se acentúan problemas en plantas, animales y humanos. Daños a Infraestructura Mejor mantención Mayor daño y menor vida útil (Ej.: caminos) 5. RECONOCIMIENTO Y DIAGNOSTICO DE PROBLEMAS DE DRENAJE. La experiencia indica que los distintos problemas de drenaje poseen características propias, que los hacen únicos. Es decir, ningún proyecto es idéntico a otro, razón por la cual es imprescindible un reconocimiento y un diagnóstico de cada situación. 8
  • 10. 5.1. Reconocimiento. El reconocimiento de problemas de drenaje tiene como objetivo evaluar las condiciones generales del área determinando sus problemas existentes o potenciales. Consiste en una inspección del área desde puntos fácilmente accesibles, en la época cuando se manifiestan marcadamente los problemas de drenaje. Esta visita debe completarse con las opiniones e impresiones de las personas que habitan el lugar. En el reconocimiento existen dos etapas: recopilación de antecedentes y reconocimiento de campo. 5.1.1. Recopilación de Antecedentes. Debe reunirse toda la información existente sobre el sitio en cuestión, como por ejemplo, fotografías aéreas, mapas, estudios anteriores, informes, publicaciones y opiniones de personas conocedoras del tema y del área. 5.1.2. Reconocimiento de Campo. En esta etapa es imprescindible la participación de los agricultores, con los cuales se debe hacer conjuntamente el recorrido de terreno. En este recorrido de campo se recomienda obtener la siguiente información: • Observación de síntomas de mal drenaje, ya sea en plantas, suelo y /o animales. • Delimitación de áreas de saturación e inundación. • Delimitación de áreas de aporte de agua por escorrentía, que pueden ser laderas adyacentes o predios ubicados aguas arriba. • Evaluación de las descargas de las aguas, pudiendo ser cauces naturales o zonas más bajas (quebradas). 9
  • 11. Es importante inspeccionar lo relacionado a capacidad, estado de mantención, ubicación y desnivel disponible para la descarga de las aguas. • Identificación de limitantes del suelo. Las características de textura, estructura y estratificación, son determinantes en la formación de problemas de mal drenaje. • Identificación de limitaciones de topografía. 5.2. Diagnóstico. Posterior al reconocimiento, se realiza un diagnóstico del problema, el cual debe entregar la siguiente información: • Identificación de las causas del problema. • Identificación de las fuentes de exceso de agua. • Proposición de posibles soluciones del problema, con sus costos y beneficios estimativos. • Recomendación de estudios específicos para un proyecto posterior más detallado, ya sea de factibilidad o de diseño (topografía, agrología, hidrología, otros) 6. CAUSAS DEL PROBLEMA El exceso de agua sobre el suelo o en el interior del mismo, puede ser ocasionado principalmente por la conjunción de uno o más de los siguientes factores: precipitaciones, inundaciones, riegos, suelo, topografía y filtraciones. Precipitaciones. 10
  • 12. La acción de la precipitación se manifiesta fundamentalmente en las zona húmedas. En estas zonas, la precipitación excede a la evaporación y, en consecuencia, hay períodos de exceso de humedad, durante los cuales el suelo se encuentra saturado, y al ocurrir nuevas lluvias, el agua no puede ser absorbida, aumentando el escurrimiento y produciendo acumulación en los terrenos ubicados en posición más baja. Inundaciones. Las inundaciones son una causa frecuente de problemas de drenaje, particularmente en los terrenos adyacentes a los ríos y esteros. Lluvias de alta intensidad en la parte alta de las hoyas hidrográficas, crean un aumento considerable del caudal de los ríos, los cuales al no ser contenidos en el cauce normal, se desbordan provocando problemas de drenaje a lo largo del plano de inundación ("vegas"). La alta precipitación en sí misma, sin embargo, no es la única causante. El mal mantenimiento del cauce de los ríos y esteros, puede ser en muchas ocasiones el factor determinante en su desbordamiento. Riegos. El uso de prácticas inapropiadas tales como: riego tendido, riego nocturno, tiempos excesivos y volúmenes incontrolables, provocan pérdidas excesivas por escurrimiento superficial y por percolación profunda. El primero se acumula en las depresiones del terreno, y el segundo contribuye a una rápida elevación de la napa freática. Suelos. Las características de textura, estructura y de estratificación, son determinantes en la formación de problemas de mal drenaje. Los casos más importantes al respecto son los siguientes: 11
  • 13. a) Suelos de texturas finas (arcillosas), y de estructura masiva en la estrata superficial, tienen una baja velocidad de infiltración. b) Ocurrencia de depósitos de limo en la superficie de los suelos, formando costras que impiden la infiltración. c) Suelos estratificados, particularmente aquellos que se encuentran en planos depositacionales de ríos ("vegas") o de cenizas volcánicas, presentan estratos que se comportan como impermeables e impiden el movimiento vertical del agua. Topografía. Se distinguen tres casos característicos, en que la topografía es causante del problema de drenaje. a) Topografías muy planas (< 0,5%), que impiden el libre escurrimiento de las aguas y con frecuencia causan acumulación superficial. Este efecto se agrava con la existencia de microrelieve con pequeñas o medianas depresiones. b) Suelos de lomaje, de topografía ondulada, tienen un alto escurrimiento superficial y los excesos se acumulan en las depresiones. Si éstas no poseen una adecuada salida natural, se presentan severos problemas localizados. c) Microrelieve con depresiones pequeñas y medianas, que dificultan el movimiento superficial del agua. Filtraciones. La red extra e intrapredial de canales de riego, construidos casi en su totalidad directamente en tierra, presentan filtraciones laterales de mayor o menor grado, que van a abastecer la napa freática, o afloran a la superficie en sectores de posición más baja. 12
  • 14. 7. TIPOS DE PROBLEMAS Y TÉCNICAS DE DRENAJE: CASO DEL SUR DE CHILE. En la zona sur de Chile, los problemas de drenaje superficial se deben fundamentalmente a limitaciones de suelo, topografía y/o la existencia de un período invernal de lluvias frecuentes y de gran magnitud. Los problemas de drenaje detectados más importantes corresponden a los suelos ñadis (suelos trumaos planos, delgados y con estrata impermeable continua), problemas de acumulación de agua en depresiones localizadas o sectores “hualves” e inundación de terrazas fluviales o “vegas” con problemas de napa freática alta. En este boletín técnico, nos referiremos a aquellas obras definidas para cada tipo de problema: Suelos Ñadis : Sistema zanja colectora con drenes topo. Limpieza y ampliación de cauces. Sectores “Hualves” : Zanjas, drenes en V, o drenes de tubería enterrada, en combinación con algunas estructuras. Sectores “Vegas” : Dren interceptor. Sistema zanja - dren topo. Diques o muros de contención de inundaciones. Napa Freática : Zanjas. Tuberías de drenaje. 13
  • 15. 8. ZANJAS COLECTORAS Las zanjas corresponden a colectores trazadas en el terreno conformando una red de drenaje. Para el diseño y construcción de esta red de zanjas es importante considerar lo siguiente: a) Trazado de la red de zanjas colectoras. b) Dimensionamiento de la zanja. c) Construcción de zanjas. 8.1 Trazado de la red de zanjas colectoras Consiste en el diseño y determinación de la dirección del flujo de la red de colectores. Para este propósito es recomendable contar con material cartográfico (mapas, planos, croquis, otros); siendo lo óptimo un levantamiento topográfico del terreno a drenar. Para realizar este trazado, deben considerarse los siguientes aspectos: a) 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. b) Apotreramiento y deslindes : Dentro de lo posible, las zanjas deben quedar ubicadas contiguas a los cercos principales. c) Secciones de facilidad constructiva : Las dimensiones resultantes deben ser de un tamaño tal, que permita optimizar el rendimiento de la construcción, ya sea manual o mecanizado. d) Evitar erosión : Evitar conducir caudales muy altos o en pendientes excesivas, que produzcan velocidades erosivas e) Punto de descarga : Deben ser de fácil acceso, y en lo posible, distribuir el caudal en varios puntos de descarga. 14
  • 16. 8.2 Dimensionamiento de la zanja Los parámetros de dimensionamiento de una zanja de sección trapezoidal, se indican en la Figura 7. FIGURA 7. Parámetros de una zanja Para calcular estas dimensiones se utilizan las siguientes ecuaciones: Q = A * V A = b * d + Z * d2 V = (1 / n) * (A / P)2/3 * So1/2 Fórmula de Manning P = b + 2 * d * (1 + Z 2) 1/2 H = d + r B = b + 2 * Z * H Donde : Q = Caudal de drenaje (m3/s) A = Area transversal de conducción (m2) V = Velocidad del flujo (m/s) b = Base (m) d = Tirante hidráulico (m) Z = Talud de la pared (adim). n = Coeficiente de rugosidad de Manning (adim). 15
  • 17. P = Perímetro mojado (m). So = Pendiente de la rasante (m/m). H = Profundidad de la zanja (m). r = Revancha o altura libre (m). B = Ancho superior de la zanja (m). Para calcular las dimensiones de la zanja, la fórmula de Manning la expresamos de la siguiente forma: Q = A x V Q = A x (1/n) x (A/P)2/3 x So1/2 (Q x n) / So1/2 = A5/3 / P2/3 ((Q x n) / So1/2) 3 = A5 / P2 ((Q x n) / So1/2) 3 = (b x d + Z x d2) 5 / (b + 2 x d x (1 + Z2) 1/2) 2 Al realizar el cálculo, son conocidos los siguientes valores: Q : Calculado de acuerdo a un estudio hidrológico y de precipitaciones. n : Se obtiene del Cuadro 2. So : Se obtiene en el plano topográfico, o se asume. Z : Se obtiene del Cuadro 3. Para calcular d y b, debe asumirse un valor para alguno de estos parámetros, y calcular el otro iterando en la ecuación. También existen tablas para obtener estos valores, para valores de Q, n, So y Z dados, o es posible calcularlos computacionalmente. Cuadro 2. Valores de coeficiente de rugosidad n Condición del Dren Valor de n Muy limpio 0,022 – 0,030 Limpio 0,029 - 0,050 Con poca vegetación 0,040 - 0,067 Con moderada vegetación 0,050 - 0,100 Con exceso de vegetación 0,067 - 0,200 Fuente : Grassi, Carlos J. 1991. “Drenaje de Tierras Agrícolas” 16
  • 18. Cuadro 3. Talud Z (1 : Z) en drenes abiertos Material de excavación Z Roca firme 0,25 Hard-pan duro. Roca con fisuras 0,5 Grava cementada. Arcilla y Hard-pan ordinario 0,75 Arcilla con grava. Suelos francos 1 Limo arcilloso 1 Suelos francos con grava 1,5 Suelos franco-arenosos 2 Suelos muy arenosos 3 Fuente : Ven Te Chow. 1959. “Open Channel Hydraulics ” Desde el punto de vista constructivo, es muy importante respetar los taludes de diseño, para evitar derrumbes como el que se muestra en la Fotografía 1. DERRUMBE DE LA PARED Fotografía 1. Derrumbe de la pared de una zanja por falta de talud. En relación al valor de la pendiente de la zanja, se recomienda un valor mínimo de 0,1%, para evitar sedimentación y secciones demasiado grandes. Por otro lado, deben evitarse pendientes excesivas, que generen velocidades muy altas que ocasionen erosión y socavación del dren, por lo cual, existen valores de velocidad máxima no erosiva según el tipo de material del dren, presentados en el Cuadro 4. Cuadro 4. Velocidad (m/s) máxima no erosiva en drenes abiertos Velocidad Máxima No erosiva (m/s) Material Excavado Aguas Agua con limo Agua con arena claras coloidal o gravas 17
  • 19. Arena fina no coloidal 0,45 0,75 0,45 Material franco arenoso no coloidal 0,50 0,75 0,60 Material franco limoso no coloidal 0,60 0,90 0,69 Limos aluviales no coloidales 0,60 1,10 0,60 Material franco arenoso firme 0,75 1,10 0,70 Cenizas Volcánicas 0,75 1,10 0,60 Grava fina 0,75 1,50 1,15 Arcilla firme coloidal 1,15 1,50 0,90 Material franco o cascajoso bien 1,15 1,50 1,50 proporcionado Limos aluviales coloidales 1,15 1,50 0,90 Material limoso o cascajoso bien 1,20 1,70 1,50 proporcionado Cascajo grueso 1,20 1,80 1,95 Piedras redondeadas 1,50 1,70 1,95 Esquistos arcillosos y arcilla compacta 1,80 1,80 1,50 Fuente : Fortier and Scobey. 1926. Trans. ASCE Vol 89 pág. 940 En relación al valor de la base (b), existe un valor mínimo de acuerdo a la modalidad de construcción. En caso de construcción manual, el valor mínimo será aquel que pueda realizarse de acuerdo a la facilidad de operación de la mano de obra, valor que generalmente se asume igual a 0,5 m. En caso de construcción mecanizada, este valor mínimo de zanja corresponde al ancho de la cuchara de la excavadora. En el caso de suelos ñadis, el valor de la altura libre (r), corresponde a la profundidad de los drenes topo, se recomienda sea igual a 0,5 m. Ejemplo de cálculo de las dimensiones de una zanja colectora. Se requiere calcular las dimensiones de una zanja de drenaje, considerando los siguientes antecedentes: Caudal (Q) = 250 l/s = 0,25 m3/s Pendiente del suelo = 0,2% Suelo de textura franca. Construcción manual. Solución : 18
  • 20. Seleccionamos n = 0,04 para dren limpio, según el Cuadro 2. Como pendiente del dren asumimos la misma del terreno. Seleccionamos Z = 1, por suelo franco, según el Cuadro 3. Asumimos b = 0,5 m, por construcción manual. Aplicamos estos valores en la fórmula: ((Q x n)/So1/2)3 = (b x d + Z x d2)5 (b + 2 x d x (1 + Z2)1/2)2 obtenemos : ((0,25 x 0,04) /(0,002) 1/2)3 = (0,5 x d + 1 x d2)5 (0,5 + 2 x d x (1 + 12)1/2)2 0,01118 = (0,5 x d + d2)5 (0,5 + 2 x d x 21/2)2 Para calcular el parámetro d, se van probando sucesivamente diferentes valores, hasta obtener el valor más cercano a 0,01118, lo que en este caso se consigue con d= 0,53, lo cual se comprueba a continuación: (0,5 x 0,53 + (0,53)2)5 = 0,048480319 = 0,01213 (0,5 + 2 x (0,53) x 21/2)2 3,996266376 Al calcular la velocidad obtenemos 0,47 m/s, que es menor a la velocidad máxima no erosiva, (Cuadro 4). La profundidad total H = d + r = 0,53 + 0,5 = 1,03 m. El ancho superior B, entonces es igual a B = 0,5 + 2 x 1 x 1,03 = 2,56 m. 19
  • 21. 8.3 Etapas de construcción de zanjas Las etapas que existen en la construcción de zanjas son : • Roce, despeje y limpieza de faja. • Excavación de la zanja. • Retiro del material • Cercado de zanjas. 8.3.1 Roce, Despeje y Limpieza de Faja Consiste en la eliminación de todos los árboles y matorrales sobre el área a ocupar, en el ancho del dren, más las bermas correspondientes. En el Cuadro 5 se presentan los estándares y características de esta etapa. Cuadro 5. Estándares de roce, limpieza y despeje de faja. Etapa Procedimiento Actividad Rendimiento Roce y Mano de Obra Corte de vegetación. 100 m/jornada para faja Despeje no calificada Acumular material en hileras o de 3 m de ancho con rozones y montones. horquetas. Cargar material en camión. Traslado a Camión tolva. Traslado de material a 100 m/hr con distancia botadero botadero a botadero de 1 km. 8.3.2 Excavación de la zanja Esta labor puede realizarse ya sea manualmente o con maquinaria. En el caso de construcción manual, los estándares son los siguientes: Rendimiento excavación en suelo = 9 m3/Jornada 20
  • 22. Rendimiento excavación en ripio = 2 m3/Jornada Vida útil pala en excavación = 0,1 km/pala Vida útil picota en excavación = 0,5 km/picota En el caso de construcción mecanizada, se utilizan excavadoras y mano de obra. La excavadora cumplirá la labor de excavación propiamente tal, en tanto que la mano de obra se utilizará para el repase o terminación del sello y los taludes de las zanjas. En el Cuadro 6 se presentan los estándares y características de esta etapa, para excavación mecanizada. Cuadro 6. Estándares de excavación mecanizada de zanjas Etapa Procedimiento Rendimiento Excavación Excavadora Oruga Modelo 200. Terreno blando = 50-70 m3/hr. 133 HP potencia nominal. Terreno semi-blando = 40-60 m3/hr Balde 1200 mm ancho y 0,93 m3 Terreno duro = 30-40 m3/hr capacidad. Terminación Mano de obra no calificada con El movimiento de tierra es de la sección palas rectas. aproximadamente igual al 2,5% del material excavado. Rendimiento aproximado de 5 m3/jornada. Estos valores dependen del tipo de excavadora, de las condiciones de trabajo y de la destreza del operador. En la Fotografía 2 se muestra la construcción de una zanja de drenaje utilizando retroexcavadora. 21
  • 23. Fotografía 2. Construcción de zanja con retroexcavadora. 8.3.3 Retiro del material Es recomendable que la excavación de las zanjas, ya sea mecanizada o manual, considere la separación del suelo y del material que exista bajo éste, ya sea ripio o arcilla. El suelo excavado puede ser aprovechado para rellenar sectores de pequeñas depresiones al interior de los potreros, o simplemente, ser desparramado en éstos. En el caso de que bajo suelo exista ripio, éste constituye un excelente material para construcción de caminos (el cual puede ser construido inmediatamente al lado de la zanja) o ser utilizado para el relleno de caminos y callejones existentes en el predio. En el caso de las estratas de arcilla, este material no constituye ningún beneficio, y por lo tanto, debe eliminarse trasladándose a un lugar de botadero. 22
  • 24. Lo ideal y recomendable es realizar la faena de excavación y traslado del material en forma simultánea. En el Cuadro 7 se indican algunos estándares para el retiro del material. Cuadro 7. Estándares de retiro del material excavado Modalidad Rendimiento Manual, con pala y carretilla con Rend. traslado tierra excavada = 6,75 m3/jornada retiro a 100 m de distancia Rend. traslado ripio excavado = 3 m3/jornada Mecanizada, con camión tolva y Rend. traslado tierra excavada = 38 m3/hr. descarga a 1 km de distancia Rend. traslado ripio excavado = 32 m3/hr. Para las cubicaciones finales, debe considerarse el esponjamiento del material al ser excavado, que corresponde a 30% para el ripio y un 50% para el suelo. 8.3.4 Cercado de zanjas. Para facilitar las labores de mantención, en toda la extensión de la red de drenes colectores se deben instalar cercos a ambos lados de la zanja, a una distancia de 3,5 m desde el borde del dren. El cerco se construye utilizando estacones de pellín de 2,2 a 2,5 m de longitud, y de 4 a 5 pulgadas de diámetro. Se instalan espaciados cada 3,5 m, con 4 corridas de alambre de púa clavado con grampas de 1 ½”. Los estacones se pintan totalmente con una mano de aceite quemado, y en su extremo superior se pintan 25 cm con dos manos de óleo blanco. Para todo el proceso de construcción de los cercos, desde el pintado de los estacones, hincado en el terreno, colocación y tensión de los alambres, se utiliza mano de obra semi-calificada, estimándose un requerimiento de 100 jornadas para la construcción de 1 km de cerco doble de estas características (5 jornadas/100 m cerco simple). 23
  • 25. 9. DRENES DE TUBERÍA. Como se indica en la Figura 8, estos drenes consisten en una tubería de drenaje enterrada en una zanja y revestida por un material filtrante. Figura 8.Sección transversal de dren de tubería con envolvente de áridos En remplazo de la combinación tubería-envolvente, se usar puede piedra (bolones o grava), ladrillos (liso o perforado) o materiales de origen vegetal (troncos, coligües, otros). Estas alternativas no tienen un comportamiento tan eficiente como la tubería de drenaje y envolvente, pero permite reducir considerablemente los costos. Las principales ventajas de los drenes de tubería, son que no rompen la continuidad de los potreros y sus bajos requerimientos de mantención, haciéndose los más recomendables. Sin embargo, la principal desventaja es su alto costo. 9.1 Materiales de tuberías. Las tuberías de drenaje se encuentran disponibles en diversos materiales, como plástico (corrugado o liso), arcilla y hormigón. La mayor ventaja de las tuberías plásticas frente a las tuberías de hormigón y arcilla dice relación con su menor peso por unidad de largo y facilidad de manejo. Esto tiene un impacto importante sobre los costos de transporte e instalación. 24
  • 26. Las tuberías de plástico de PVC o PV son las más frecuentemente utilizadas en la actualidad, en sus versiones lisa y corrugada. Por lo general el PVC liso viene en tuberías de 6 m, ranuradas o perforadas para que penetre el agua. El PVC corrugado trae perforaciones incorporadas y se fabrica en rollos de 50 y 100 metros de longitud. Actualmente, para drenaje agrícola prácticamente sólo se utiliza tubería de plástico corrugada, debido a su menor costo y sus facilidades de transporte e instalación por su formato de fabricación en rollos. Estas tuberías se fabrican en diferentes diámetros (50, 65, 100, 160 y 200 mm), la profundidad de la corrugación varía entre 2,5 a 5,5 mm, el ancho de la corrugación entre 3 a 8 mm y el ancho de la depresión de la corrugación o “valle” fluctúa entre 2,5 a 5 mm. Las perforaciones son de 1,2 a 1,8 mm de ancho y de 3 a 5 mm de largo. En dichas tuberías, el agua penetra a través de las perforaciones que se encuentran en los valles de la corrugación, siendo más importante la distribución de las perforaciones de la tubería que la cantidad total de éstas. 9.2 Diámetro de tuberías. Para determinar el diámetro de la tubería se utiliza la fórmula de Manning, asumiendo que el flujo es a tubería llena pero sin presión. La ecuación resultante es: d = [ Q / ( So 1/2 ( 0,3117 / n ) ) ] 3/8 Donde : d = diámetro interior de la tubería (m) Q = Caudal de drenaje (m3/s) n = Coeficiente de rugosidad de Manning (adm). So = Pendiente de la rasante (m/m). 25
  • 27. El valor del coeficiente de rugosidad de Manning (n) es generalmente un dato entregado por el propio fabricante, como especificación técnica del producto, en el respectivo catálogo. Si no se dispone de tal información pueden asumirse los valores del Cuadro 8. Cuadro 8. Coeficiente de rugosidad de Manning según tipo de tubería. Tubería Coeficiente n Arcilla 0,013 Concreto 0,013 PVC liso 0,015 PVC corrugado 0,016 Fuente: Salgado, 2000. En la Fórmula de Manning, se considera que la pendiente es la mínima dada a la tubería para neutralizar la resistencia natural que ésta opone al flujo. Las pendientes más usadas fluctúan entre el 1 y el 5 por mil. La FAO (1985) sugiere una pendiente mínima del 0.5 por mil. El Bureau of Reclamation de Estados Unidos recomienda un mínimo de 1 por mil para evitar sedimentación. 9.3 Envolventes. Se entiende por envolvente al material colocado alrededor de las tuberías de drenaje con el propósito de cumplir una función filtrante, hidráulica o de asentamiento del dren. La función filtrante dice relación con prevenir o disminuir el ingreso de partículas al interior de la tubería donde pueden sedimentar y eventualmente taparla. 26
  • 28. La función hidráulica se refiere a crear un medio de alta permeabilidad alrededor de la tubería para reducir la resistencia de entrada. La función de asentamiento significa proveer un buen soporte a la tubería para prevenir daño por efecto del peso del suelo. Las primeras dos funciones proveen una protección contra dos principales consecuencias de una tubería mal alineada: obstrucción y alta resistencia al flujo. Existe una gran cantidad de materiales que pueden utilizarse como envolventes que van desde materiales minerales y orgánicos a materiales sintéticos y fibras minerales. Una breve revisión de ellos se presenta a continuación: Gravas Las gravas, maicillo y chancado muy fino pueden ser excelentes materiales envolventes de tipo “voluminoso”, especialmente cuando se quiere tener un material que cumpla tanto una función filtrante como hidráulica. Materiales orgánicos Existe una gran variedad de materiales orgánicos tales como fibras (coco), turba y pajas (trigo, arroz, otros) y subproductos del procesamiento de la madera (aserrín y viruta) que pueden ser utilizados como envolventes. Por lo general tienen un buen comportamiento (Salgado y Parra, 1994), pero en el largo plazo pueden fracasar debido a la descomposición sufrida por efecto de la acción de los microorganismos. Materiales sintéticos Los materiales sintéticos pueden encontrarse a la forma granular (poliestireno) o fibrosa (nylon, poliester, polietileno o polipropileno). Estos últimos se conocen con el nombre genérico de geotextiles y pueden ser tejidos o no tejidos. 27
  • 29. 9.4 Instalación de drenes de tubería. Este es uno de los aspectos más críticos que puede estar influyendo en el buen comportamiento de las tuberías de drenaje instaladas en el país. Si no existe una depurada técnica de instalación, todo el esfuerzo entregado en la determinación de los parámetros y criterios de diseño puede verse malogrado en la fase final. En países donde la técnica del drenaje es rutinaria y masiva, existen máquinas altamente especializadas para la construcción e instalación simultánea. En nuestro país, lo usual es primero la construcción de la zanja y luego la instalación de los drenes. La excavación de la zanja puede ser manual o mecanizada. La excavación manual tiene la ventaja de ser un trabajo de terminación más fino y delicado, pero cada vez más en desuso, en atención al aumento del costo de la mano de obra y la baja velocidad de avance. La excavación mecanizada implica el uso de retroexcavadoras que suelen ser de alto rendimiento, pero con baja calidad de terminación . Por lo tanto, es recomendable un trabajo combinado de empleo de maquinaria (para aumentar el rendimiento de la labor) y manual (para mejorar la terminación de la labor), como se muestra en la Fotografía 3. 28
  • 30. TUBERIA DRENAJE MATERIAL ENVOLVENTE Fotografía 3. Instalación manual de tubería drenaje y envolvente de bolones. En relación a la instalación de la tubería, es conveniente poner especial cuidado en los siguientes aspectos: a) alineamiento (Figura 9A), b) uniformidad en la pendiente (Figura 9B) y c) distancia homogénea entre tubos cuando se trata de tuberías de cemento o arcilla (Figura 9C). 29
  • 31. y Figura 9. Problemas frecuentes producidos en la instalación de drenes: A) Alineación; B) desuniformidad de la pendiente y C) espaciamiento entre tubos. 9.5 Estructuras auxiliares. Toda red de drenaje bien concebida, en especial aquella que considera drenes de tubería, requiere de una serie de estructuras especiales que permitan conectar, proteger, inspeccionar y mantener adecuadamente la red. A continuación se hace 30
  • 32. una breve descripción de algunas estructuras, indicando sus principales características constructivas. 9.5.1 Estructuras de salida En el lugar donde las tuberías descargan en un colector de zanja, las paredes de ésta se encuentran afectas a un proceso de erosión debido al caudal de salida. En caso de tuberías de gran tamaño y que transportan un gran caudal, se recomienda construir una estructura de albañilería como las indicadas en la Figura 10. Figura 10. Estructuras de salida en albañilería. Una estructura particularmente útil a la salida de taludes y colectores de tubo es la instalación de mallas o rejas que impidan el ingreso de roedores o aves pequeñas (Figura 11). Esto evitará que dichos animales, una vez en el interior de la tubería, se atasquen, no puedan salir, y en definitiva causen una obstrucción total. 31
  • 33. Figura 11. Estructuras de protección a la salida de tuberías. 9.5.2 Estructuras de conexión Para conectar dos o más tuberías de distinto diámetro en una red de drenaje, se recomienda la construcción de estructuras de conexión entre ellas. Si las tuberías son de cemento o arcilla, se sugiere que en las partes de unión o conexión se construyan cámaras de albañilería (Figura 12). En este caso las tuberías se encuentran por encima del fondo de la cámara, produciendo un colchón de agua que junto con disipar la energía permite la acumulación de sedimentos y su posterior eliminación. 32
  • 34. Figura 12. Estructuras de conexión e inspección. En relación a tuberías de plástico (liso o corrugado) los fabricantes ofrecen los más variados tipos de conexiones que evitan la construcción de cámaras en cada punto de unión. En todo caso, la construcción de una cámara puede ser de gran importancia porque facilita la inspección y mantenimiento. 9.5.3 Cámaras de inspección Uno de los problemas más importantes presentados en redes de drenaje construidas íntegramente en tuberías, es la mantención. Esto obliga, por lo tanto, a disponer de cámaras de inspección en puntos críticos a lo largo de la red donde sea posible controlar su funcionamiento y realizar eventuales procedimientos de limpieza. Una estructura como la indicada en la Figura 12 puede cumplir ambas funciones, esto es, como estructura de conexión e inspección. Una cámara de inspección, como su nombre lo indica, debe permitir ingresar hasta la tubería para controlar su funcionamiento, como también, estar abiertas al exterior. 33
  • 35. Generalmente se construyen en albañilería y su tapa superior puede ser de madera u hormigón armado (Fotografía 4). CAMARA DE INSPECCION TUBERIA Fotografía 4. Cámara de inspección en albañilería. Algunos criterios de distribución o ubicación de las cámaras en terreno pueden ser: a) en todo lateral que excede 200 m de largo; b) en todo punto de unión entre un lateral y colector de tubos; c) cuando los sedimentos en suspensión y/o arrastre sean muy altos; d) donde se produzca un cambio de diámetro en la tubería y e) donde se diseñan saltillos. Las cámaras de inspección y conexión pueden construirse en albañilería, de sección cuadrada o rectangular. Las dimensiones máximas pueden ser entre 0.8 -1.0 m por lado. También se utilizan tuberías de cemento vibrado en un diámetro entre 0.8 y 1.0 m. 9.5.4 Cámaras de filtración. Las cámaras de filtración (Figura 13), son cámaras cilíndricas que contienen bolones, conectadas en su fondo con la tubería de drenaje. Se ubican en el punto 34
  • 36. más bajo de las depresiones con apozamientos, permitiendo un rápido ingreso del agua hacia la tubería de drenaje. Figura 13. Cámaras de filtración 10. DRENES EN V. Los drenes en “V”, son zanjas caracterizadas por poseer taludes amplios, que fluctúan entre 8 :1 y 10 :1, permitiendo el libre tránsito de maquinaria y ganado. Es una solución adecuada en sectores que presentan topografía ondulada, ya que permiten mantener la continuidad de los potreros y adecuarse a la topografía natural. Además, para disminuir al mínimo el movimiento de tierra es importante que la altura de corte sea la menor posible. En la Figura 14, se presenta una sección transversal de un dren en V y en la Fotografía 5 se muestra este dren en proceso de construcción. 35
  • 37. Figura 14. Sección transversal de dren en V. Fotografía 5. Dren en V en construcción. La mayor ventaja de la construcción de drenes en “V” es que, debido a la amplitud de sus taludes, prácticamente quedan integrados a la topografía natural del terreno, permitiendo el libre tránsito de ganado y maquinaria sobre ellos, y por lo tanto, no rompen la continuidad de los potreros. Una vez que los taludes de los drenes en “V” han sido cubiertos por vegetación, natural o artificial, ésta debe conservarse en forma permanente, para asegurar su mantención y vida útil, por lo cual, no deben ser cultivados. Para el cálculo de las dimensiones de estos drenes, se aplica la misma metodología que para cualquier zanja, utilizando la Fórmula de Manning. 36
  • 38. 11. DRENES INTERCEPTORES. Este tipo de drenes tienen como misión interceptar el flujo superficial y/o subsuperficial de agua que se mueve en una determinada dirección y desviarlo de la misma. Se emplean para aminorar o anular la recarga al área problema proveniente de aportes laterales, es decir, para independizar el problema de la zona baja de la fuente que está en la zona alta, haciéndolo dependiente sólo de su propia recarga. En ocasiones, un dren interceptor resuelve íntegramente el problema de un área cuando la totalidad o una elevada proporción del flujo es colectado y desviado. En tal caso, ésta constituye la única obra de drenaje a realizar en el sistema. El punto próximo al cambio de la pendiente resulta el más adecuado para la instalación de un dren interceptor. Este debe correr siguiendo la curva de nivel, aunque con algún desvío, a fin de mantener a lo largo del mismo el desnivel mínimo que asegure el normal escurrimiento del agua. Otra condición importante es la proximidad de la estrata impermeable. En efecto, un dren que se profundiza hasta esa estrata, prácticamente intercepta todo el caudal. Si el tirante de agua es considerable, puede percolar a través del talud, en sentido pendiente abajo, un gasto que obligue a la construcción de un segundo interceptor. Si la barrera se encuentra a más de 5 m se hace difícil, constructiva y económicamente, lograr efectividad, debiendo recurrirse a la instalación de dos o más zanjas a determinada distancia una de la otra, y siempre que las favorables condiciones topográficas y de suelo aún se mantengan. En la Figura 15, se presenta un esquema que muestra el efecto del dren interceptor en la disminución del nivel freático. 37
  • 39. Figura 15. Disminución del nivel freático debido a la acción de un dren de intercepción 12. DRENES TOPO. 12.1 Definición Como se indica en la Figura 16, los drenes topo son galerías subterráneas de aproximadamente 7,5 cm de diámetro, construidas en el interior del suelo, rodeadas de fisuras periféricas. Figura 16. Corte transversal de un dren topo. 38
  • 40. Las fisuras periféricas que rodean la galería recolectan los excedentes hídricos acumulados en la zona radicular, y por lo tanto, estas fisuras son la clave del éxito del funcionamiento de dichos drenes. El propósito de los drenes no es controlar el nivel freático, sino remover excesos de agua de la superficie o de la parte superior del suelo. Por lo tanto, los drenes topo pueden ser considerados como un sistema intermedio entre un sistema de drenaje superficial y uno subsuperficial. Estos drenes descargan en la zanja colectora debido a la gravedad, y por lo tanto, deben tener pendiente positiva en dirección a la zanja. Además, para su construcción y prolongación de su vida útil, se requiere un contenido mínimo de arcilla de 20% en la zona de la galería 12.2 Implemento usado para la construcción de drenes topo. El implemento utilizado para construir los “drenes topo”, se conoce con el nombre de “arado topo”. En el Sur de Chile, es una maquinaria de uso frecuente en aquellos predios con limitaciones de mal drenaje, existiendo una gran diversidad de tipos y adaptaciones de dicho implemento, pero es posible distinguir dos versiones, descritos a continuación: 12.2.1 Arado topo sin barra de tiro, de acople al sistema hidráulico de tres puntos del tractor. Como se indica en la Figura 17, este modelo es básicamente un subsolador modificado, al cual se le ha adicionado un balín expandidor, que generalmente es una esfera o cilindro de metal. 39
  • 41. Figura 17. Arado topo sin barra de tiro. Como se muestra en la Figura 18, este modelo posee una importante desventaja. Debido a que está directamente conectado al sistema de tres puntos, el implemento queda a una corta distancia de las ruedas traseras del tractor, y por lo tanto, se trasmiten al eje longitudinal del dren topo todos los movimientos de oscilación de las ruedas en su contacto con el microrelieve del suelo. Esto provoca una importante pérdida de linealidad del eje longitudinal, repercutiendo en una deficiencia para el escurrimiento del agua al interior del dren topo. Por la desventaja explicada anteriormente, no se recomienda el uso de este modelo. Figura 18. Efecto de la barra de tiro en la linealidad del dren topo. 40
  • 42. 12.2.2 Arado topo con barra de tiro. Como se muestra en la Fotografía 6, esta versión consta básicamente de una barra de tiro, una hoja subsoladora, un cilindro de penetración o “torpedo”, un balín expandidor y un par de patines estabilizadores frontales, que puede ser accionado mediante tracción mecánica o animal. HOJA SUBSOLADORA BARRA DE TIRO BALIN DE PENETRACION PATINES ESTABILIZADORES BALIN EXPANDIDOR Fotografía 6. Arado topo con barra de tiro. En el caso de tracción mecánica, el acoplamiento al tractor es mediante el sistema de tres puntos, y en el caso de tracción animal, el implemento es de tiro, mediante una cadena, y se agrega en el modelo, una mancera doble para su operación. La principal ventaja de este modelo, es que mediante la barra de tiro se anula en un grado importante la replicación del microrelieve en el eje longitudinal del dren topo (Figura 18). 12.3 Construcción de drenes topo Las fisuras periféricas que rodean la galería recolectan los excedentes hídricos acumulados en la zona radicular, y por lo tanto, estas fisuras son la clave del éxito del funcionamiento de dichos drenes. Al realizar la labor, estas grietas periféricas son producto de la acción de la hoja subsoladora y el balín expandidor del impacto sobre el suelo. Además, es de vital 41
  • 43. importancia la linealidad longitudinal de la galería, lo que facilita el obtener una pendiente uniforme y una menor rugosidad interna, permitiendo maximizar el caudal que descargan estos drenes. Estas dos características, se obtienen por una parte, con el uso de un adecuado implemento para la construcción de los drenes, y por otro lado, se requiere considerar normas para la correcta ejecución de la labor. Previo al inicio de la labor de construcción de los drenes topo, debe procederse a la regulación del implemento, distinguiéndose tres tipos de regulación: 1) Regulación de horizontalidad de la barra de tiro. Consiste en que la barra de tiro debe estar paralela a la superficie del suelo durante la ejecución de la labor. 2) Regulación del ángulo de ataque de la hoja subsoladora. Esta debe quedar con un ángulo ligeramente mayor a 90º (aproximadamente 95º) con respecto a la barra de tiro, de tal manera que durante la labor no tienda a enterrarse ni a salirse hacia la superficie, quedando en un punto de equilibrio. 3) Regulación de verticalidad de la hoja subsoladora. Debe quedar en una posición totalmente vertical y perpendicular a la superficie del suelo, para disminuir el roce de éste con las paredes de la hoja subsoladora, que tiende a hacer salir la hoja a la superficie. Además, una posición vertical permite realizar un corte del suelo de mayor impacto, con un mínimo esfuerzo de tracción durante la labor. Los parámetros de diseño y construcción más importantes para los drenes topo son: - Epoca de construcción. - Velocidad de avance. - Espaciamiento entre pasadas. - Profundidad de la galería. 42
  • 44. En el Cuadro 9 se presenta un resumen de las recomendaciones técnicas para construcción de drenes topo. Cuadro 9. Recomendaciones técnicas para la construcción de drenes topo PARAMETRO EXPLICACION RECOMENDACION Época de En zona de grietas, debe haber Término de primavera a construcción humedad cercana a suelo seco, para comienzos de verano, que éstas no se cierren. aproximadamente el mes de Diciembre, en la X En zona de galería debe existir suelo Región. friable para garantizar estabilidad de la galería. Posterior a la labor, debe haber período de “fraguado” de grietas. Velocidad de La rapidez de la rotura del suelo debe 3 km/hr, equivalente a la labor anular la elasticidad que tiende a cerrar marcha primera lenta del las grietas. tractor, o el tranco de una persona caminando El roce del implemento debe producir normalmente. calor para fraguar las paredes internas de la galería. Espaciamiento Lograr traslape horizontal de grietas 2m entre pasadas entre dos pasadas consecutivas (Figura 19) Profundidad Galería debe quedar en zona con 40 a 60 cm de la galería mínimo 20% de arcilla. Grietas deben alcanzar la zona radicular. Evitar daño por pisoteo animal. 43
  • 45. Figura 19. Selección del espaciamiento entre drenes topo. 12.4 Alternativas de descarga del dren topo a colectores. Las alternativas más comunes son: a) Salida directa a una zanja abierta de una profundidad tal que garantice la caída libre de aguas desde los drenes, como se indica en la Fotografía 7. Fotografía 7. Drenes topo descargando a zanja. 44
  • 46. b) Descarga a una zanja de relleno donde se ha instalado previamente un dren de tubo con abundantes piedras y grava como material envolvente que actúa como colector, como se indica en la Figura 20. Figura 20. Descarga de dren topo en tubería de drenaje. La primera alternativa es recomendable en suelos planos y donde la construcción de zanjas abiertas no represente dificultades. La segunda alternativa es particularmente útil en suelos que presentan depresiones localizadas, en cuyo caso el dren entubado se ubica en el punto más bajo y los drenes topo se trazan perpendicularmente a lo largo de la tubería. 13. INTERVENCION DE CAUCES NATURALES. En todo proyecto de drenaje debe analizarse el cauce evacuador de las aguas para decidir si es necesario su intervención. Esta situación se presenta cuando el tamaño de su sección o condiciones de limpieza no aseguren la conducción de los caudales adicionales que surgen de una red de drenaje, y que además, eventualmente se produzcan inundaciones del terreno ribereño por la salida del agua. En algunos casos, la importancia de la intervención de los cauces naturales es de primer orden, ya que debido a la baja densidad geográfica, reducida pendiente y sección transversal y su estado de embancamiento y obstrucción por vegetación, 45
  • 47. éstos no cumplen con la función de evacuar los excesos de lluvia del área, y al contrario, constituyen un importante impedimento a esta necesidad. Por lo tanto, dependiendo de la gravedad del problema, a veces es necesario el control de inundaciones, la limpieza, el enderezamiento y el aumento de la sección de conducción de los cauces naturales existentes en la zona del proyecto. 13.1 Control de inundaciones. Si bien este tema puede considerarse no directamente relacionado con el drenaje, no es menos cierto que en muchos terrenos ésta es la razón principal de los problemas de drenaje que se presentan. Tal es el caso de las terrazas bajas adyacentes a ríos y esteros. La solución de un problema de esta naturaleza consiste en la construcción de obras de ingeniería que impidan el desbordamiento de los ríos o esteros causantes de la dificultad. Las obras más comunes son los diques y muros de contención. 13.1.1 Diques Los diques son muros de tierra levantados en los márgenes de los ríos que permiten aumentar la capacidad natural del estero e impedir que el agua ingrese a las áreas bajas adyacentes. La Figura 21 muestra un dique y las formas más tradicionales de elevar su altura bajo condiciones críticas. 13.1.2 Muros de contención Los muros de contención son, por lo general, obras de hormigón, albañilería o madera, destinados también a aumentar la capacidad de porteo del río e impedir que el agua ingrese a los terrenos circundantes. En la Figura 22 se muestran diferentes tipos de muros que pueden construirse. 46
  • 48. Figura 21. Diques de contención (Schwab, G. y otros, 1981). 47
  • 49. Figura 22. Muros de contención (Schwab, G. y otros, 1981). 48
  • 50. 13.2 Limpieza de cauces naturales La labor de limpieza consiste en la extracción de sedimentos, despeje y retiro de toda la vegetación existente sobre el ancho de corte de los cauces, ya sean malezas, matorrales, o árboles de diverso tamaño. Esta labor es realizada sobre el lecho de los cauces, utilizando una excavadora oruga. La labor de limpieza de árboles no es efectuada mediante tala, sino que a través del volteo de los árboles utilizando el brazo de la excavadora. Esto se consigue fácilmente, debido a que el arraigamiento de árboles en el lecho de los cauces es de tipo superficial. Posterior al volteo de los árboles, se arrastran y levantan los matorrales y árboles derribados, utilizando conjuntamente el brazo y el balde de la excavadora. 13.3 Ampliación de cauces naturales Para el cálculo de la excavación en cauces naturales, debe considerarse que existe una sección actual, la cual será ampliada. Por lo tanto, la sección de excavación corresponde a la diferencia entre la sección futura y la sección actual del cauce. El cálculo de las secciones y dimensiones de los cauces naturales ampliados, se rige por la misma metodología utilizada en el caso de zanjas de drenaje, es decir, la fórmula de Manning. En suelos ñadis, el valor del talud corresponde a 0 :1, ya que los cauces tienen su sello en el sustrato fluvioglacial cementado, que permite este talud vertical. Al igual que la labor de limpieza, dicha labor se realiza sobre el lecho de los cauces, utilizando una excavadora. En el Cuadro 10 se presentan las características y los estándares para limpieza y ampliación de cauces naturales. Cuadro 10. Estándares limpieza y excavación de cauces naturales 49
  • 51. Medio Etapa Rendimiento Excavadora Oruga Limpieza Condición de obstrucción severa = 315 m2/hr Modelo 200 de Cauce Condición de obstrucción normal = 450 m2/hr 133 HP potencia Natural Condición de obstrucción favorable = 585 m2/hr nominal Balde 1200 mm Excavación 30 – 40 m3/hr. ancho y 0,93 m3 de Cauce capacidad Natural 14. MANTENCION DE OBRAS DE DRENAJE. La mantención de sistemas de drenaje, es un aspecto al que generalmente se atribuye menor importancia de la que se merece. En la mayoría de los casos, es un compromiso descuidado y muchas veces olvidado por completo. Lamentablemente es frecuente constatar el deplorable estado de funcionamiento y conservación de obras de drenaje en las que se han invertido cuantiosos recursos, situación inaceptable desde todo punto de vista, como se muestra en la Fotografía 8. Fotografía 8. Zanja de drenaje en pésimas condiciones de mantención. Por lo anterior, es necesario reafirmar, recordar e insistir en la importancia de la mantención de las obras, de tal manera que sean asumidas como una obligación ineludible que debe ser cumplida permanentemente por los usuarios. 50
  • 52. Existen dos objetivos de gran importancia perseguidos con la mantención de las obras. Por una parte, la adecuada mantención asegura permanencia de las propiedades hidráulicas del sistema, es decir, permite que las obras funcionen adecuadamente descargando los caudales para las que fueron diseñadas. Por otro lado, es obvio que solamente con una adecuada mantención es posible resguardar las inversiones realizadas en las obras, optimizando la vida útil de éstas, protegiendo y haciendo más eficiente el uso de los recursos. 14.1 Mantención de zanjas. Las labores de mantención a realizar en zanjas colectoras se recomienda efectuarlas previamente a la época de lluvias, durante el período estival, con frecuencia de una vez por temporada. 14.1.1 Extracción de sedimentos. Una vez finalizada la temporada de drenaje, los caudales comienzan a disminuir en cantidad y velocidad, de tal manera que progresivamente se van depositando sedimentos en el sello o fondo de la zanja. Por otro lado, en plena temporada de drenaje, las altas velocidades que suelen alcanzar los caudales, posibilitan el arrastre de objetos (troncos, ramas, piedras, restos de derrumbes, otros), los cuales luego se depositan en puntos de cambio de dirección o de menor velocidad, lugares en donde progresivamente se van acumulando. La extracción de estos depósitos, dependiendo de la longitud total y del tamaño de la zanja, puede realizarse manualmente, con palas, o bien utilizando excavadoras con un tipo de balde apropiado para la labor. 14.1.2 Corte de vegetación de berma, talud y sello de la zanja. 51
  • 53. Las adecuadas condiciones de humedad y estado de permanente rezago que existe en la berma, taludes y sello de la zanja, producen condiciones favorables para el crecimiento de la vegetación en dichos sitios. La labor de control de esta vegetación puede realizarse en forma manual usando herramientas cortantes (rozones, guadañas, machetes, otros); en forma mecanizada, ya sea con herramientas mecánicas manuales como una desbrozadora, o con el uso de implementos accionados con tractor, como una barra segadora lateral angulable. También pueden utilizarse herbicidas químicos de contacto como Gramoxone o sistémicos como Round-up. 14.1.3 Reparación de cercos. La presencia de un cerco a ambos lados de la zanja es imprescindible para asegurar una adecuada mantención de ésta. Por lo tanto, debe realizarse periódicamente una inspección del estado de conservación de los cercos y al detectarse un desperfecto, debe procederse de inmediato a su reparación. El principal daño que ocasiona la ausencia de cerco o un estado deficiente de éste, es la destrucción del talud de la zanja debido al pisoteo de animales de pastoreo, los que se aproximan a la zanja para abrevar y consumo de la vegetación existente. Este daño suele ser tan severo, que al cabo de algunos años prácticamente se produce la destrucción total de la zanja. Por otro lado, un buen cerco es también garantía de seguridad para los animales, ya que al impedir su paso, se evita que aquellos de peso considerable, como los bovinos, puedan perecer ahogados o asfixiados al caer dentro de una zanja; más aún si ésta es de un tamaño considerable. En la inspección de los cercos, debe revisarse el estado de los estacones, reemplazando aquellos que se encuentran quebrados o podridos. También se debe revisar la fijación y tensión del alambre. 52
  • 54. Para asegurar una mayor vida útil de los estacones, se recomienda impregnarlos, o pintarlos con aceite quemado. 14.1.4 Inspección y limpieza de alcantarillas. Cuando las zanjas deben cruzar un camino es necesario construir una alcantarilla. Es frecuente que estas alcantarillas se construyan sin cámaras de decantación, razón por la cual al cabo de unos años presentan una gran acumulación de material depositado en su interior. Esto es difícil de limpiar y reduce en forma importante la sección de flujo. Las cámaras de decantación son receptáculos rectangulares instalados al inicio y final de la alcantarilla (en cada extremo) y cuyo fondo se ubica por debajo del sello de ésta. Así al bajar la velocidad del agua en este punto, se produce la decantación de las partículas en suspensión. Por lo tanto, para asegurar la adecuada mantención de las alcantarillas y resguardar de esta manera que no se conviertan en un obstáculo para la red de zanjas, se deben instalar cámaras de decantación al inicio y al final de la alcantarilla, y proceder a la extracción de los sedimentos todos los años 14.2 Mantención de drenes de tubería. Las labores de mantención en drenes de tubería se recomienda efectuarlas previo a la época de lluvias, durante el período estival. 14.2.1 Remoción de sedimentos del interior de las tuberías. No obstante el uso de material filtrante y de estructuras de mantención, con el transcurso del tiempo los drenes subterráneos disminuyen su eficiencia, lo cual puede deberse a: 53
  • 55. Sedimentación de materiales finos del suelo, como arena fina y limo. • Obstrucción por raíces de los cultivos, situación que es más frecuente en cultivos permanentes de arraigamiento profundo. • Obstrucción por depósitos químicos, como óxidos de Fierro no soluble. Cuando ocurren tales problemas, la eliminación de estos depósitos, se realiza mediante las siguientes labores: Raspado, mediante escobillas accionadas en forma manual o mecánica. Al interior de la tubería, se introducen varillas con suficiente rigidez y flexibilidad, que permitan realizar un raspado de las paredes internas de los drenes, mediante escobillas adosadas en sus extremos. Esta técnica posee la limitación de no permitir una gran longitud de limpieza, razón por la cual su uso se ha discontinuado. Lavado con agua a alta presión, utilizando una bomba inyectora. Este método consiste en la introducción de una manguera en el interior de la tubería, que en su extremo inicial consta de una boquilla que posee salidas en diferentes direcciones, que expulsa el agua a gran velocidad. Una de las salidas de la boquilla es un chorro lineal frontal, que va impactando y desagregando los depósitos de material; y la otra salida consiste en un cono proyectado en sentido inverso, y que al impactar la pared interna de la tubería, genera una fuerza de reacción que va provocando el avance de la manguera, y produciendo el flujo de salida para el arrastre del material en suspensión hacia el exterior de la tubería. Esta manguera es presurizada mediante una bomba que inyecta la presión necesaria. Empleo de gas anhídrido sulfuroso. Cuando las aguas de drenaje poseen altas concentraciones de óxidos de fierro, existe el riesgo de acumulación de óxidos férricos no solubles en las paredes 54
  • 56. internas de las tuberías, que eventualmente podrían provocar la obstrucción de éstas. Para la remoción de dichos óxidos férricos no solubles se recomienda inyectar anhídrido sulfuroso en la forma de gas, que transforman estos agregados férricos en un compuesto ferroso soluble eliminados con las aguas de drenaje. 14.2.2 Inspección, limpieza y reparación de estructuras También es importante inspeccionar el estado en que se encuentran las estructuras instaladas conjuntamente con las tuberías, en especial las cámaras de inspección y las salidas de tubería. En ellas debe procederse a su limpieza y reparación en caso de ser necesario. Para ambas estructuras, se recomienda su protección con un cerco, manteniéndolas siempre con la vegetación cortada. 14.3 Mantención de cauces naturales. Las labores de mantención a realizar en los cauces naturales se recomienda realizarlas durante la época de menor caudal, correspondiente normalmente a la primera quincena de marzo, con una frecuencia aproximada de dos años. 14.3.1 Limpieza de sedimentos y restos de materiales y árboles acumulados en la sección del cauce Durante el período de crecidas, es frecuente que los cauces transporten diversos materiales y objetos (ramas, troncos, piedras, basura, otros), debido a las altas velocidades y caudales producidos en estos eventos. Dependiendo de las características de la sección y de los accidentes naturales presentes a lo largo del cauce, en algunos puntos se van depositando y acumulando estos materiales, lo cual al final del período de crecidas produce áreas propicias para la sedimentación. 55
  • 57. En muchos casos, esto se ve agravado por la continuación de cercos en la sección del cauce, en aquellas propiedades que poseen terrenos a ambos lados de éste, lo cual se hace aludiendo a la necesidad de evitar el ingreso de los animales de los vecinos hacia el interior de las propiedades. Estos cercos instalados dentro del cauce, actúan como verdaderas redes de intercepción de objetos en las crecidas, generando acumulaciones que se transforman en graves obstáculos para el escurrimiento de las aguas. Obviamente, por las razones expuestas, debe evitarse la instalación de dichos cercos dentro del cauce, o bien retirar periódicamente los materiales acumulados. Para la extracción de los sedimentos y los materiales acumulados, generalmente es recomendable realizar esta labor en forma mecanizada, mediante el uso de una excavadora. No obstante, es posible desarrollarlo manualmente, utilizando tracción animal con carretas para el retiro del material. 14.3.2 Control de vegetación en las riberas Con el transcurso del tiempo, y debido al favorable contenido de humedad, en la ribera de los cauces se va desarrollando abundante vegetación, tanto herbácea como arbustiva y arbórea. Si no se controla este crecimiento, al cabo de algunos años la vegetación se desarrollará también en la sección del cauce, produciendo una disminución de la velocidad del agua por un aumento de la rugosidad, reduciendo la capacidad de conducción. Sin embargo, es recomendable mantener la ribera con presencia de vegetación, ya que actúa como protección a la acción erosiva del caudal durante las crecidas. Por lo tanto, en lo referente al control de la vegetación, la mantención de las riberas debe realizarse sólo con el objeto de impedir que ésta se desarrolle hacia el interior de la sección, pero debe mantenerse el máximo de vegetación presente en la ribera propiamente tal. Por ser esta labor bastante selectiva y controlada, se recomienda realizarla en forma manual utilizando herramientas cortantes (rozones, guadañas, 56
  • 58. machetes, otros) o utilizando herramientas mecánicas manuales, como una desbrozadora. 15. COSTOS Y PRESUPUESTOS DE OBRAS DE DRENAJE. El primer paso para comenzar a estudiar un presupuesto, es dividir la obra en partidas o ítems de pago que debe considerar todos los gastos que incurrirá la construcción de la obra. Las partidas son las faenas o elementos constructivos evaluados individualmente. Estos deben ser medibles, presupuestables y verificables, de modo de controlar avances, cobrar estados de pago y comparar el avance real con el programado. En cada partida debe determinarse la unidad que tendrá ésta, siendo por ejemplo, en m3, m2, ml, gl, otros El segundo paso consiste en cubicar las distintas partidas, es decir, calcular las cantidades de unidades de cada partida, sean éstas en volúmenes, áreas o longitudes. Teniendo todo lo anterior puede elaborarse un presupuesto. Este debe estimar el costo de cada partida, estudiando y haciendo un detalle de cada precio unitario (P.U.) para cada partida, incluyendo todos los costos involucrados en la ejecución de un trabajo, lo que debe ser compatible con las bases de medición y pagos de cada partida. En este capítulo se incluyen algunos casos puntuales sólo como una referencia al tema. En estricto rigor, los costos pueden variar considerablemente de un lugar a otro dependiendo de las condiciones locales, los objetivos del sistema a instalar y las condiciones de construcción en la obra. Por lo tanto, se aconseja considerar los valores de este documento como cifras orientadoras de referencia, que deben ser corroboradas para el proyecto específico. 57
  • 59. 15.1 Análisis de precios unitarios. El precio unitario (P.U.) de cada partida, se considera como la sumatoria de los precios unitarios de mano de obra, materiales, maquinarias y equipos y otros. Es decir: P.U. Partida = P.U. mano de obra + P.U. materiales + P.U. Equipos + otros costos Cada vez que se haga un estudio de precios unitarios, no debe contemplar gastos generales, ni utilidades, ya que se incluyen como partidas separadas en el presupuesto oficial. 15.1.1 Precio unitario de mano de obra Se define como mano de obra al costo de obra involucrada en la partida. Para tener una buena evaluación debe estimarse el rendimiento del trabajador. Los costos de mano de obra considerados son los costos fijos, que constituyen la remuneración del trabajador, y los costos variables, los que se dividen en: a. Costos variables mensuales, los que a su vez se dividen en:  Sobretiempo, que normalmente es un 50% en horas extras en días hábiles y del 110% horas extras de días domingos y festivos.  Trato  Participaciones b. Costo variable anual ( gratificaciones según corresponda) c. Leyes Sociales, las que a su vez se dividen en: 58
  • 60. Imposiciones: calculadas sobre la base de un porcentaje sobre la remuneración imponible. Son parte del dinero del trabajador que el empleador retiene e ingresa a los fondos de pensiones y de salud a nombre del trabajador.  Seguro de accidente: considerando un porcentaje sobre el total ganado por el trabajador, variando de acuerdo a los índices de accidentalidad de la empresa. • Otras asignaciones: - Alimentación - Movilización - Viáticos (según corresponda) - Asignación por desgaste de herramientas (según corresponda) - Asignación por pérdida de caja (según corresponda) • Indemnizaciones: son los costos en que se incurre al despedir un trabajador. Estas se dividen en: - Desahucio, cancelando un mes de sueldo al trabajador, que es despedido sin el previo aviso de un mes por lo menos. - Indemnización por años de servicio, que corresponde a un mes de sueldo por cada año de servicio. - Pago proporcional por vacaciones, pagándose al trabajador que sea despedido antes de haber hecho uso de sus vacaciones. En el Cuadro 11 se presenta un resumen del costo aproximado de leyes sociales en Chile, estimación realizada por Ondac (1993) Cuadro 11. Costos de leyes sociales. Asignaciones legales % Beneficios adicionales % Semana corrida 18.65 Causas climáticas 2.54 Aporte patronal 0.90 Colación 1.02 Cotización adicional mutual 2.55 Locomoción 0.86 Feriado anual 5.01 Falta de materiales 0.42 Por años de servicio 3.33 Desgaste de herramientas 2.03 Desahucio 5.00 Capacitación y alfabetización 0.14 Gratificación 12.07 Aguinaldo 0.50 Equipo de seguridad y trabajo 1.25 Asignación por fallecimiento 0.03 Cotización depto. de 1.00 59
  • 61. seguridad de la empresa Subtotal 47.03 Subtotal 8.54 Total 55.57 Fuente: Revista ONDAC 15.1.2 Precio unitario materiales Consiste en una cotización de los materiales a utilizar en obra (incluyendo transporte), obteniéndose de la cubicación y especificaciones técnicas. El precio de los materiales se verá afectado por las ofertas del momento, calidad de los materiales, volúmenes de los materiales, volúmenes de compra, formas de pago, otros Es recomendable incluir un porcentaje, llamado porcentaje de pérdidas donde se consideran posibles robos, pérdidas por mala utilización del material, mal almacenamiento, mal transporte, por mala programación de compra, otros 15.1.3 Precio unitario equipos y maquinarias Es el costo de equipos, maquinarias y herramientas utilizables en cada partida, dependiendo fundamentalmente de la planificación de la obra y de la estrategia adoptada. Se consideran herramientas (martillos, palas, carretillas, otros), superficies provisorias (escaleras, andamios, carreras, otros) y maquinarias (grúas, vibradores, betoneras, otros). En muchos casos todo lo que es herramienta y superficies provisorias puede considerarse en los gastos generales o en la instalación de faenas, pero para la situación de maquinarias puede haber 3 posibilidades:  Equipos arrendados. 60
  • 62. Equipos con leasing, siendo el costo mensual superior a un arriendo tradicional.  Equipos propios, determinando los costos de depreciación del equipo y los de posesión y operación del mismo. Por lo general la posibilidad del equipo arrendado es la forma más común para las maquinarias. 15.2 Costos de Construcción de Obras de Drenaje. 15.2.1 Costos de construcción de proyecto drenaje superficial intrapredial sistema zanja - dren topo en suelos ñadis. En el Cuadro 12, se presentan los costos de construcción de un sistema zanja-dren topo en un suelo ñadi, serie Frutillar, en condiciones de suelo limpio, sin restos de troncos ni matorrales. El trabajo se realizó en una superficie de 30.55 has. El espaciamiento entre drenes fue de 5 m, construcción manual de las zanjas y los drenes topo se construyeron con un implemento accionado por tractor. De dicho cuadro se desprende que el costo de este tipo de obra es de UF 13.27 por hectárea. 61
  • 63. Cuadro 12. Costos totales de construcción de un sistema de drenaje superficial tipo zanja - dren topo para suelos ñadis. Costo Unitario Costo Total Item Unidad (UF) Cantidad (UF) Topografía Ha 0,87 30,55 26,58 Excavación zanja Tierra m3 0,03 862,20 25,87 Ripio m3 0,14 934,05 130,77 Picotas Km 0,70 2,40 1,68 Palas Km 3,05 2,40 7,32 Limpieza zanja Deterioro severo M 0,03 645,00 19,35 Deterioro regular M 0,02 680,00 17,20 Confección drenes topo Km 0,42 61,10 25,66 Movimiento material de bordes Tierra m3 0,04 862,20 34,49 Ripio m3 0,09 934,05 84,06 Cercado de zanjas Polines Km 4,43 4,79 21,22 Alambre Km 1,24 4,79 5,94 Mano de obra Km 1,09 4,79 5,22 TOTAL 405,36 UF/ha 13,27 Fuente: Ortega, 1996. 15.2.2 Presupuesto proyecto drenaje superficial macrored extrapredial suelos ñadi. En este capítulo se presenta un presupuesto de un caso real, en que la obra proyectada corresponde a una macrored de drenaje extrapredial en suelos ñadis de la serie Frutillar, ubicada en la Comuna de Frutillar, Provincia de LLanquihue, Décima Región, siendo la superficie de influencia directa del proyecto de 1.595 ha. En el área del proyecto se presenta una situación generalizada de mal drenaje durante gran parte del año. El origen de la recarga es lluvia directa sobre el área del proyecto, y la escorrentía superficial generada en las áreas adyacentes. La obra proyectada corresponde a una macrored extrapredial de Drenaje, que consiste en una red de zanjas colectoras que reciben las aguas de drenaje prediales 62
  • 64. y las descargan en los cauces naturales existentes. Se contempla la construcción de un total de 10.984 m de zanjas colectoras y la limpieza y ampliación de un total de 19.555 m de cauces naturales. Se especifican las inversiones y costos que son necesarios para la materialización de las obras propuestas. Los valores se expresan en pesos de marzo de 1998, en valores netos, sin incluir el IVA. Tanto los estándares técnicos como los precios utilizados, corresponden a valores locales, obtenidos de proyectos similares realizados en la región. En el Cuadro 13, se presentan los estándares de rendimiento y construcción de las obras proyectadas. 63
  • 65. Cuadro 13. Estándares de rendimiento y construcción obras macrored extrapredial suelos ñadi, serie Frutillar ACT IVIDAD FORMA DE CONSTRUCCION IDENTIFICACION UNIDAD IDENTIFICACION UNIDAD RDTO. AMPLIACION CAUCE Limpieza Condición Favorable m2 Excavadora hr 585 m2/hr Limpieza Condición Normal m2 Excavadora hr 450 m2/hr Limpieza Condición Severa m2 Excavadora hr 315 m2/hr Excavación m3 Excavadora hr 36 m3/hr CONSTRUCCION COLECTORES Construcción faja km Camión tolva hr 0,1 km/hr Mano de obra J 0,1 km/J Excavación suelo m3 Excavadora hr 70 m3/hr Excavación ripio m3 Excavadora hr 40 m3/hr Repase y Terminación Sección m3 Mano de Obra J 5 m3/J Retiro del suelo excavado m3 Camión tolva hr 38 m3/hr Retiro del ripio excavado m3 Camión tolva hr 32 m3/hr Esparcimiento suelo y ripio m3 Buldozer hr 75 m3/hr Cercado km Mano de Obra J 0,01 km/J Conociendo los estándares técnicos y los precios de mercado, se determina el precio unitario de las diferentes partidas del presupuesto. En los Cuadros 14 al 18, se presentan los precios unitarios de las siguientes partidas del presupuesto, respectivamente: • Ampliación de cauces naturales • Roce, despeje y limpieza de faja. • Excavación de colectores. • Retiro del material excavado. • Cercado de zanjas. Cuadro 14. Precio unitario ampliación cauces naturales ($ marzo 1998, sin IVA). 64
  • 66. PARTIDA : Ampliación cauces naturales. UNIDAD : m^2 (limpieza) : m^3 (excavación) . CANTIDAD : 1 PRECIO PRECIO TOTAL DESIGNACION UNIDAD CANT. UNIT ($) ($) ITEM / Sub–ítem Sub-Item ITEM LIMPIEZA CATEGORÍA FAVORABLE hr excavad. 0,00171 22.000 38 LIMPIEZA CATEGORÍA NORMAL hr excavad. 0,00222 22.000 49 LIMPIEZA CATEGORÍA SEVERA hr excavad. 0,00317 22.000 70 EXCAVACIÓN hr excavad. 0,02778 22.000 611 Cuadro 15. Precio unitario roce, despeje y limpieza de faja. ($ marzo 1998, sin IVA). PARTIDA : Roce, despeje y limpieza de faja. UNIDAD : Km. CANTIDAD : 1 PRECIO PRECIO TOTAL DESIGNACION UNIDAD CANT. UNIT ($) ($) ITEM / Sub – ítem Sub-Item ITEM MANO DE OBRA 89.100 Jornalero Jornada 10 5.500 55.000 Desgaste de herramientas % 5 2.750 Leyes sociales % 57 31.350 MAQUINARIA 80.000 Camión tolva de 7 m 3 Hr 10 8.000 80.000 TOTAL COSTO DIRECTO 169.100 65
  • 67. Cuadro 16. Precio unitario excavación colectores. ($ marzo 1998, sin IVA). PARTIDA : Excavación colectores. UNIDAD : m^3 CANTIDAD : 1 PRECIO PRECIO TOTAL DESIGNACION UNIDAD CANT. UNIT ($) ($) ITEM / Sub – ítem Sub-Item ITEM EXCAVACION EN ESTRATA DE SUELO hr excavad. 0,01429 22.000 314 EXCAVACION EN ESTRATA DE RIPIO hr excavad. 0,02500 22.000 550 MANO DE OBRA 1.782 Jornalero Jornada 0,2 5.500 55.000 Desgaste de herramientas % 5 2.750 Leyes sociales % 57 31.350 Cuadro 17. Precio unitario retiro del material excavado. ($ marzo 1998, sin IVA). PARTIDA : Retiro del material excavado. UNIDAD : m^3 CANTIDAD : 1 PRECIO PRECIO TOTAL DESIGNACION UNIDAD CANT. UNIT ($) ($) ITEM / Sub – ítem Sub-Item ITEM RETIRO hr. DEL SUELO EXCAVADO camión tolva 0,02632 8.000 211 RETIRO hr. DEL RIPIO EXCAVADO Camión tolva 0,03125 8.000 250 ESPARCIMIENTO hr. SUELO Y RIPIO Buldozer 0,01333 18.000 240 66
  • 68. Cuadro 18. Precio unitario cercado de zanjas. ($ marzo 1998, sin IVA). PARTIDA : Cercado de zanjas. UNIDAD : Km. CANTIDAD : 1 PRECIO PRECIO TOTAL DESIGNACION UNIDAD CANT. UNIT ($) ($) ITEM / Sub – ítem Sub-Item ITEM MATERIALES 1.301.296 Estacones u 800 1.200 960.000 Alambre púa rollo 500 m 16 15.000 240.000 Grampas 1 ½ “ kg 27 550 14.850 Pérdida de materiales % 3 36.446 Transporte de materiales gl 50.000 MANO DE OBRA 1.134.000 Maestro semicalificado Jornada 100 7.000 700.000 Desgaste de Herramientas % 5 35.000 Leyes Sociales % 57 399.000 TOTAL COSTO DIRECTO 2.435.296 Finalmente, conociendo los precios unitarios y la cubicación del proyecto, se realiza el cálculo del presupuesto total de construcción, que se presenta en el Cuadro 19. 67