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Construcción de Canales

1 Escorrentia

2. Evacuacion De Aguas De Escorrentia

3. Calculo de La Escorrentia Critica

4. Diseño Y Trazado De Canales

6.Obras Transversales

7. Muros Y Gaviones De Contencion

8. Drenaje De Tierras Agricolas  

9. Pasos para construir un canal rústico en forma económica

 

La topografía y el régimen de Lluvias de la zona cafetera favorecen la escorrentía, que es la responsable de la mayoría de los fenómenos erosivos. En muchos tipos de suelos no es conveniente ni posible propiciar una mayor  infiltración porque la topografía no lo permite, y por el peligro de remociones masales, por lo cual es necesario evacuar la escorrentía de los predios agrícolas y conducirla hasta los cauces naturales. En este capitulo se presentan los principales sistemas para la evacuación de aguas, así como los métodos para el calculo de la escorrentía critica. Igualmente, se dan los criterios y bases para la selección, diseño, calculo y trazado de acequias de ladera, canales de desviación y de drenaje. Finalmente, se presentan algunas obras complementarias tales como saltos, vertederos, muros, trinchos, gaviones y empalizadas, que son necesarias para la protección de vías y cauces naturales o artificiales, contra la fuerza del agua concentrada.

 

1 ESCORRENTIA

La escorrentía es el agua sobrante de las Lluvias que no alcanza a penetrar en el suelo, escurre por la superficie en los terrenos pendientes y se va concentrando en cauces naturales hasta Ilegar a las quebradas y los ríos. La escorrentía tendrá un mayor volumen y velocidad a medida que las Lluvias sean mas intensas y la pendiente sea mas inclinada y prolongada. Si esta ocurre en terrenos desnudos, produce el arrastre del suelo en laminas, surcos y cárcavas.

1.1 FACTORES OUE INFLUYEN EN LA ESCORRENTIA

ü        La superficie del suelo determina una rugosidad. Mientras mas liso sea el piso, el agua fluya con mayor facilidad aumentando el volumen de escorrentía, su velocidad y energía.

 

ü        Capacidad de infiltración del suelo. Esta determinada principalmente por la textura, la estructura, la presencia de grietas y raíces, y la uniformidad del perfil. A mayor capacidad de infiltración, habrá menor porcentaje de escorrentía. La compactación de los suelos, principalmente los arcillosos, disminuye hasta niveles críticos la infiltración.

 

ü        Intensidad de las Lluvias. Es el factor que mas influye, ya que cuando la intensidad sobrepasa la velocidad de infiltración del suelo, escurre un alto porcentaje de la Lluvia. En intensidades menores de la velocidad de infiltración, el volumen de escorrentía esta regido por el grado de saturación del suelo.

 

ü        Porcentaje de humedad del suelo. En el momento de ocurrir una Lluvia, si el suelo esta seco, tendrá mayor capacidad de absorber agua. Si esta húmedo, se saturará rápidamente, iniciándose la escorrentía. EI grado de humedad del suelo esta muy relacionado con la frecuencia de las Lluvias.

 

ü        Pendiente y microrelieve. A mayor grado y longitud de la pendiente, habrá menor tiempo de infiltración, y aumento del volumen y la velocidad de la escorrentía. La irregularidad del relieve favorece la infiltración (obstáculos o planos horizontales), formando encharcamientos. También se propicia la concentración de la escorrentía si hay entalladuras, surcos o canales, en el sentido de la pendiente.

 

Estos factores no actúan independientemente, ya que la escorrentía es una resultante de la acción simultanea de ellos.  

1.2 VOLUMEN DE ESCORRENTIA

Es necesario conocer la cantidad de agua que debe evacuarse de un lote, para seleccionar y calcular obras de desvío que tengan la capacidad necesaria. Este calculo debe hacerse con base en las intensidades máximas mas probables de Lluvia y depende además de otros factores tales como pendiente, longitud y área del terreno, clase de suelo y cobertura. Datos experimentales de Cenicafe han comprobado que son las Lluvias de gran intensidad las que causan la mayor escorrentía y la mayor erosión. Por esta razón, es necesario diseñar y calcular las obras de ingeniería con base en las Lluvias de intensidad mas probable, que ocurran en un periodo mínimo de 10 anos, según el estudio de los registros meteorológicos de una región. No se deben utilizar los promedios de intensidades para cálculos de estructuras de conducción ya que estos pueden resultar cortos con respecto a la intensidad más probable de una zona. Tampoco es conveniente utilizar la máxima intensidad absoluta en los cálculos, ya que las obras serían demasiado  grandes, y la probabilidad de que ocurra esa máxima intensidad, seria muy remota. Solo se justifica el uso de máximas absolutas cuando se trata de protección de viviendas, construcciones costosas y obras da ingeniería.

2. EVACUACION DE AGUAS DE ESCORRENTIA

Aunque algunas practicas culturales buscan disminuir la velocidad de la escorrentía y propiciar la infiltración, siempre habrá un punto de saturación del suelo que cause escorrentía. Es necesario por lo tanto, combinar estas prácticas con obras hidráulicas para evacuar el exceso de agua (canales, desagües) o impedir que la escorrentía cause erosión. Por otra parte, en suelos poco profundos, sueltos o que descansan sobre planos de deslizamiento u horizontes impermeables, no se puede propiciar la infiltración y es necesario evacuar la escorrentía para evitar remociones masales (derrumbes, coladas de barro, solifluxiones, etc.). No se debe esperar que toda el agua Llegue al final de un lote para evacuarla, ya que alcanzaría un volumen y una velocidad grandes que causarían erosión. Es necesario, por lo tanto, ir evacuando dicha escorrentía a intervalos, por medio de zanjillas, acequias o canales.

2.1 DESAGUES NATURALES

Son las quebradas, chorros, hondonadas y depresiones naturales que sirven para la conducción de las aguas sobrantes de una ladera. En las épocas lluviosas reciben grandes cantidades de agua que tienden a formar cárcavas y derrumbes. Hay que proteger estos desagües y propiciar la vegetación nativa y plantas protectoras tales como pastos, cañabrava, guadua, bambú. En los sitios mas peligrosos por el cambio de pendiente, o donde reciben aguas de ramales o acequias, se deben construir escalones de piedra, diques amortiguadores y fajas de pasto. También es conveniente acumular en los desagües todas las piedras y troncos que resulten del Iote.

2.2 ZANJILLAS OE ABSORCION

Consisten en pequeños surcos construidos a intervalos cortos. Se trazan siguiendo curvas a nivel, con un azadón o una herramienta similar. La profundidad de estas zanjillas es entre 5 y 10 centímetros y no tienen desnivel para que el agua se infiltre. Esta practica debe emplearse en zonas de escasas Lluvias, o en suelos de texturas gruesas, o muy gruesas, sin estructura o estructura débil, con el fin de propiciar la infiltración y la retención de humedad. También se usan en suelos de texturas finas, compactos, de baja capacidad de infiltración en regiones secas. En suelos sueltos o arenosos, deben construirse muy superficialmente y con una base ancha (en forma de batea). En suelos compactos y de estructura moderada o fuerte, pueden hacerse mas angostas y profundas. No se deben construir estas zanjillas, en suelos sueltos con capas interiores impermeables, ni en zonas Iluviosas, ya que si son de pendiente suave, ocasionan problemas de drenaje, y si son muy pendientes ocasionan deslizamientos, derrumbes o problemas de solifluxión. Debido a su tamaño, estas zanjillas se sedimentan y borran fácilmente, por lo cual deben considerarse como obras temporales que es necesario limpiar o reconstruir periódicamente.

2.3 ZANJILLAS DE DESAGUE

Son similares a las zanjillas de absorción, pero en este caso se busca la evacuación de las aguas a intervalos cortos. Estas zanjillas deben tener una pendiente de 0,5 a 2 por mil y se construyen a intervalos de 10 a 2 metros según aumente la pendiente y el volumen de escorrentía. Se deben utilizar en zunas Iluviosas y en suelos muy pendientes (mayores de 40 0/0l, en los cuales no se recomienda la construcción de acequias de ladera o canales de desviación. También se deben emplear en suelos poco. profundos, que no permitan la excavación de acequias o canales, y en suelos con el primer horizonte estable y el segundo muy susceptible a la erosión, como en el caso de las unidades Montenegro, Quindío, Anaime y Fondesa entre otras, siempre que el horizonte orgánico existe. En cultivos de surcos continuos (papa, hortalizas etc.) puede hacerse el surcado con un desnivel de 1 a 2 por mil, de tal manera que el espacio entre los surcos funcione como zanjillas. En aquellos suelos donde la infiltración puede ser peligrosa por problemas potenciales de remociones masales (suelos derivados de esquistos, anfibolitas, areniscas, granitos, etc.), no se deben hacer zanjillas a menos que exista un horizonte orgánico profundo y estable que lo permita. Estas zanjillas se sedimentan rápidamente, haciendo costoso su mantenimiento. En suelos arcillosos pendientes, las zanjillas favorecen el drenaje. En algunos casos, se recomiendan para la protección o estabilización de taludes y derrumbes.

 

2.4 ACEQUIAS DE LADERA

Son pequeños canales de 30 centímetros de ancho en el fondo (plantilla), taludes 1:1 en suelos estables, 3/4:1 0 1/2:1 en suelos muy estables, y 1 1/2:1 0 2.1 en suelos poco estables o susceptibles a la erosión (suelos muy Iivianos). Su desnivel y profundidad son variables. Se construyen a través de la pendiente, a intervalos que varían con esta y con la clase de cultivo (tablas 5.1 y 5.2 y figura 5.1). Las acequias son aconsejables en zonas con Lluvias intensas y en áreas con suelos pesados, poco permeables, donde hay exceso de escorrentía, y en suelos susceptibles a la erosión con pendientes hasta 40 % y longitudes largas. No se deben construir en terrenos con cultivos limpios o potreros de mas de 30 % de pendiente, ni en terrenos con cultivos de semibosque (café, cacao, etc.) de mas de 50 % de pendiente. EI desnivel de las acequias varia de 0,5 a 1% y la profundidad es la que mayormente determina la capacidad de descarga (tabla 5.3). Las acequias de ladera deben protegerse con una barrera viva simple o doble, sembrada de 15 a 30 centímetros del borde superior, con el objeto de frenar la fuerza del agua y filtrar los sedimentos. Se deben desaguar en un sitio bien protegido con vegetación, en donde no vayan a causar erosión. Se trazan y construyen desde el desagüe hacia arriba, asegurándose que el fondo quede lo suficientemente alto sobre el desagüe (20-40 cm), para que el agua que baje por éste no penetre a las acequias, o las represe. En la construcción de varias acequias, debe iniciarse con la mas alta del terreno, pues de otro modo se podrían dañar las mas bajas por un aguacero fuerte.

 

TABLA 5.1 ACEQUIAS DE LADERA EN TERRENOS OCUPADOS CON CULTIVOS LIMPIOS CON 30 cm. DE PLANTILLA Y TALUD 1:1

Pendiente del terreno

%

Espaciamiento entre acequias

m

Area servida (m2) por c/100m de canal

Descarga

(q en l/seg) por c/100m de canal

Metros de acequia por Ha

Límite de longitud de la acequia

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

42,0

30,6

25,0

21,6

19,3

17,7

16,5

15,5

14,8

14,2

13,6

13,2

12,8

12,O

11,2

10,6

10,0

9,5

9,0

8,6

8,2

7,8

7,5

7,2

6,9

6,6

6,4

6,2

6,0

4.200

3.066

2.500

2.160

1.933

1.771

1.650

1.555

1.486

1.418

1.366

1.323

1.285

1.200

1,125

1.060

1.000

950

900

858

820

783

750

720

695

667

644

620

600

109,5

95,0

65,0

56,0

50,0

64, 0

43,0

40,5

38,5

36,9

35,5

34,4

33,4

31,2

29,2

27,6

28,0

24,6

23,4

22,3

21,3

2O,4

19,5

18,7

18,0

17,3

16,3

15,8

15,6

238

326

400

464

518

565

606

615

675

705

730

755

780

635

890

945

1000

1055

111O

1165

1220

1275

1330

1390

1440

1500

1550

1612

1670

90

100

120

140

160

I80

200

220

260

270

280

290

300

320

340

360

380

400

420

450

470

490

500

500

500

500

500

500

500

TABLA 5.2 ACEQUIAS DE LADERA EN TERRENOS OCUPADOS CON CULTIVOS LIMPIOS CON 30 cm. DE PLANTILLA Y TALUD 1:1

Pendiente del terreno

%

Espaciamiento entre acequias

m

Area servida (m2) por c/100m de canal

Descarga

(q en l/seg) por c/100m de canal

Metros de acequia por Ha

Límite de longitud de la acequia

10

11

12

13

14

15

I6

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

32

34

36

38

40

40,0

36,4

33,3

30,8

28,6

26,7

25,0

23,5

22,0

21,0

25,0

23,7

22,7

2I,6

20,8

20,0

19,2

18,5

17,8

17,2

20,0

18,8

17, 6

16,7

16,8

15,0

4.000

3.640

3.330

3.080

2.860

2.670

2.500

2.350

2.200

2.100

2.500

2.370

2.270

2.160

2.080

2.000

1.920

1.850

1.780

1.720

2.000

1.880

1.760

1.670

1.680

1.500

78,0

71,0

65,0

60,0

56,0

52,0

49,0

46,0

43,0

41,0

48,6

46,1

44,1

42,0

40,4

38,9

37,3

36,0

34,6

33,4

38,9

36,6

34,2

32,5

30,7

29,2

250

275

300

325

373

375

400

426

455

476

400

422

440

463

480

500

520

540

562

581

500

532

568

600

633

687

110

110

120

130

140

150

160

180

200

210

180

180

200

200

210

220

220

230

230

240

220

220

230

240

250

300

Los datos son normales para un suelo estable; para suelos menos estables debe reducirse el espaciamiento y para suelos muy estables aumentarlo. Federación Nacional de Cafeteros de Colombia. Manual del Cafetero ,Bogotá, f969. 39B p.

 

TABLA 5.3 ACEQUIAS DE LADERA DE 0,30 METROS DE PLANTILLA,TALUD 1:1

DESNIVEL DE LA ACEOUIA      (S)

PROFUNDIDAD METROS(D)

DESCARGA (Q) EN          LITROS POR SEGUNDO

0,5 %

0, 10

10,6

0,12

22,1

0,15

37,5

0, 18

57,5

0,21

81,5

0,25

110,0

1 %

0,10

15,0

0,12

32,0

0,15

55,5

Adaptado del Manual del Cafetero. Federación Nacional de Cafeteros de Colombia, 1969.

 

2.5 CANALES DE DESVIACION

Son estructuras para evacuar volúmenes considerables de agua (de escorrentía, drenaje, acueductos, desagües, beneficiaderos, etc.) y su costo es relativamente alto. Se les da generalmente una sección trapezoidal y hay necesidad de calcularlos y diseñarlos individualmente para las condiciones en que van a trabajar. Sus pendientes fluctúan entre 0,5 y 5 %o (máximo).  Cuando se hacen con pendientes mayores, deben revestirse con pastos, o protegerse con obras transversales (trinchos, barreras, etc.). En la parte superior del canal, y a todo lo largo, debe sembrarse una barrera viva doble, de 30 a 50 cm del borde. Estas estructuras son mas efectivas cuando sirven en áreas que estén cubiertas de bosques o de pastos, pues en tales condiciones no ocurren sedimentaciones que son la causa mas frecuente de su fracaso. Cuando sirven en lotes ocupados con cultivos limpios, que necesitan escardas periódicas, las barreras vivas deben complementarse con una faja amortiguadora ancha sobre el borde superior del canal, la cual se mantiene sembrada de pasto para que filtre el agua de escorrentía. Así, evitan costosos trabajos de mantenimiento y se asegura un buen funcionamiento del canal. Para evitar la entrada de aguas a una cárcava que presente grave peligro de erosión, el canal debe localizarse a una distancia prudencial de la cabeza o extremo superior de ella, de manera que quede construido sobre terreno firme. La estructura debe quedar a una distancia superior a tres veces la profundidad de la cárcava. Cuando se desea proteger áreas bajas de la escorrentía proveniente de la parte alta de la vertiente, el canal se construye a la menor distancia posible de la zona que se quiere proteger. Los cauces naturales o artificiales que integren el sistema de evacuación, deberán cubrirse con una conveniente vegetación y contar además con defensas apropiadas en su curso, que tiendan a aminorar la velocidad de la corriente y su acción erosiva (presas de piedra acomodada, de ramas, de guaduas, malezas bien manejadas, barreras vivas tupidas, saltos).

 Pasos para la construcción de un canal rústico


 

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Última actualización: 3 de noviembre de 2001