IRRIGACIONES

CAPITULO I

ALTERNATIVAS EN EL PUNTO DE CAPTACIÓN

Y DELIMITACIÓN DE SUBCUENCAS ALIMENTADORAS

1. CAUDAL PRELIMINAR

Para la delimitación de la cuenca que alimentará de recurso hídrico al Proyecto, que se pretende plantear, es necesario definir el Punto de Captación, del río. A partir del cual se traza aguas arriba, el área de retención de la cuenca. Para ello es necesario tener el trazo del canal, el cual requiere una pendiente adecuada que se analiza en función a la geometría del canal, la rugosidad y, principalmente la velocidad media del flujo.

En vista de que se necesita para contar con un Caudal de Diseño y de la Demanda de agua, el cual no se podrá realizar hasta no tener delimitada la cuenca; se definirá un Caudal Preliminar. Este caudal se calcula en base a un Módulo de Riego recomendable para el tipo de riego propuesto y a la cantidad de hectáreas por irrigar.

El módulo de riego depende, del tipo de cultivos que se sembrarán, el tipo de riego y las pérdidas por evaporación e infiltración en la conducción del agua; pero existen recomendaciones prácticas con resultados muy satisfactorios para definir un caudal de diseño tentativo. Se recomienda por ejemplo para riego por aspersión 0,75 l/s/Ha. Para el desarrollo vamos a considerar un total de 25 000 hectáreas potencialmente irrigables.

Donde:

QP = Caudal preliminar en m3/s.

M = Módulo de Riego en litros/segundo/Ha.N° Ha = Cantidad de tierras a irrigar en hectáreas.

El Caudal preliminar, nos servirá para definir una pendiente del canal, para realizar el Trazo Preliminar del canal de Conducción y tener el punto de captación a partir del cual se delimitará la cuenca de alimentación para el Proyecto.

2.2. PENDIENTE DEL CANALAntes de determinar la pendiente del Canal de Conducción, debemos definir algunos aspectos previos que serán invariables en todo el proceso, para planear un Irrigación:

A. CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO.

Se considera para el diseño un Flujo Uniforme, es decir que la profundidad, velocidad, descarga y Área Mojada, son constantes en cada sección; además la línea de energía, superficie del agua y fondo del canal son paralelos, en otras palabras, sus pendientes son iguales.

El flujo uniforme debe ser también Permanente, lo que significa que los parámetros antes mencionados son constantes en el tiempo.

Si bien la condición de uniformidad es muy difícil de obtener en la práctica, las fórmulas empíricas siguen siendo las más usadas con bastante éxito por su sencillez de cálculo y los resultados satisfactorios que dan para los diseños. Dentro de ellas la más difundida es la Fórmula de Manning.

B. MATERIAL DE REVESTIMIENTO DEL CANAL.

El canal debe ser analizado de acuerdo a diferentes tipos de material, por razones didácticas nosotros consideraremos dos tipos:

- Canal con superficie de concreto revestido.- Canal con Mampostería de Piedra cementada.

El material de revestimiento incidirá directamente en la características geométricas e hidráulicas del canal, lo que influirá en una mayor o menor eficiencia de transporte así como en el costo total de la obra. Al final, de la evaluación de estos factores se decidirá por la mejor alternativa en cuanto a que material de revestimiento, es más ventajoso en términos técnicos como económicos.

C. COEFICIENTE DE RUGOSIDAD

Para determinar el Coeficiente de Rugosidad n, que básicamente es estimar la resistencia al escurrimiento en un canal dado, existen varias formas; una de ellas, es mediante el uso de cuadros de valores típicos de n en función del material que tendrá la superficie de escurrimiento. De la revisión de algunos de estos cuadros obtuvimos un rango de valores tanto para superficies de concreto revestido como para mampostería de piedra cementada.

Para el caso de superficie de concreto revestido los valores de n oscilan entre 0,011 hasta 0,020, dependiendo de la calidad del acabado y de las condiciones en que se encontrará el canal, es decir ubicación, intervalo de tiempo entre mantenimiento y propiamente las condiciones hidráulicas generadas por el flujo. Dentro de este rango los valores recomendados para el diseño varían entre 0,014 y 0,016.

Para superficie de mampostería de piedra cementada, los valores de n varían entre 0,017 y 0,030.

D. SECCIÓN DEL CANAL.

Teniendo en cuenta que el volumen de excavación en la construcción de un canal es un factor importante dentro de los costos, y siendo éste básicamente influenciado por la sección del canal es que la sección más eficiente, es decir, la que conduzca el máximo caudal con un mínimo de perímetro mojado, lo que incidirá en una menor área de excavación, a parte de otros factores.

Dentro de los tipos de secciones, la más eficiente hidráulicamente es la semicircular, para una misma área. Pero esta sección tan sólo es usada en modelos hidráulicos de laboratorio por lo poco práctica desde el punto de vista constructivo. Es por ello que la sección más usada tanto para canales revestidos o no, es la trapezoidal por su gran eficiencia, facilidad de construcción, tanto en la etapa de excavación por la estabilidad de sus paredes laterales, como en el vaciado mismo.

Considerando que todo el cálculo es para máxima eficiencia hidráulica,

se asumirá como talud en las paredes , es decir un ángulo de 60°

respecto de la horizontal.

El proceso para determinar la pendiente es el siguiente: Se calculan el Tirante de Agua, Ancho de solera, Velocidad, Número de

Froude, además de los restantes parámetros geométricos e hidráulicos, para la sección de máxima eficiencia.

Con los valores así obtenidos se controla la Velocidad y el Número de Froude, de tal manera que no se tengan valores extremos, que alteren el flujo.

Con los valores obtenidos se logra el máximo transporte de Caudal, el Área mínima de excavación y el Perímetro mojado mínimo; pero el tirante de agua coincide con el borde superior del canal. Como en la práctica se le debe dar un borde libre por razones de seguridad, entonces para obtener la menor área de excavación se debe tener un ancho de solera menor al calculado con máxima eficiencia hidráulica.

CANAL REVESTIDO CON CONCRETO

n = 0,015

Q = 18,750 m3/s

Z = Cotg 30°

MAXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA

s y b A P R T D V F

0,0005 2,50 2,89 10,84 8,66 1,25 5,78 1,88 1,73 0,403

0,0006 2,42 2,79 10,12 8,37 1,21 5,58 1,81 1,85 0,439

0,0007 2,35 2,71 9,55 8,13 1,17 5,42 1,76 1,96 0,472

0,0008 2,29 2,64 9,08 7,93 1,15 5,29 1,72 2,06 0,503

0,0009 2,24 2,59 8,69 7,76 1,12 5,17 1,68 2,16 0,531

0,0010 2,20 2,54 8,36 7,61 1,10 5,07 1,65 2,24 0,558

0,0015 2,04 2,35 7,18 7,05 1,02 4,70 1,53 2,61 0,675

0,0020 1,93 2,23 6,44 6,68 0,96 4,45 1,45 2,91 0,773

0,0025 1,85 2,14 5,93 6,41 0,92 4,27 1,39 3,16 0,858

0,0030 1,79 2,06 5,53 6,19 0,89 4,13 1,34 3,39 0,934

0,0035 1,74 2,01 5,22 6,02 0,87 4,01 1,30 3,59 1,004

CANAL CON MAMPOSTERIA DE PIEDRA PARTIDA CEMENTADA

n = 0,025

Q = 18,750 m3/s

Z = Cotg 30°

MAXIMA EFICIENCIA HIDRAULICA

S y b A P R T D V F

0,0005 3,03 3,50 15,89 10,49 1,51 7,00 2,27 1,18 0,250

0,0006 2,93 3,38 14,84 10,14 1,46 6,76 2,20 1,26 0,272

0,0007 2,84 3,28 14,01 9,85 1,42 6,57 2,13 1,34 0,293

0,0008 2,77 3,20 13,33 9,61 1,39 6,41 2,08 1,41 0,311

0,0009 2,71 3,13 12,75 9,40 1,36 6,27 2,03 1,47 0,329

0,0010 2,66 3,07 12,26 9,21 1,33 6,14 2,00 1,53 0,346

0,0015 2,47 2,85 10,53 8,54 1,23 5,69 1,85 1,78 0,418

0,0020 2,34 2,70 9,45 8,09 1,17 5,39 1,75 1,98 0,479

0,0025 2,24 2,59 8,69 7,76 1,12 5,17 1,68 2,16 0,531

0,0030 2,16 2,50 8,12 7,50 1,08 5,00 1,62 2,31 0,579

0,0035 2,10 2,43 7,66 7,29 1,05 4,86 1,58 2,45 0,622

Tomando como referencia el ancho de solera del primer cálculo, nos damos ahora valores menores a éste, de tal manera que se logre la mínima excavación, además de escoger un ancho más práctico. Al igual que en el primer cálculo se verifican todos los resultados, especialmente Velocidad, Número de Froude.

El mismo proceso se realiza para ambos tipos de material.

CANAL CON CONCRETO REVESTIDO

n = 0,015

Q = 18,750 m3/s

Z = 0,577

ANCHO DE SOLERA DADO

s y b A P R T D v F

0,0005 2,454 3,0 10,837 8,666 1,250 5,833 1,858 1,73 0,405

0,0005 2,680 2,5 10,848 8,690 1,248 5,595 1,939 1,73 0,396

0,0005 2,947 2,0 10,905 8,805 1,239 5,402 2,019 1,72 0,386

0,0005 3,258 1,5 11,013 9,023 1,221 5,262 2,093 1,70 0,376

0,0005 3,618 1,0 11,173 9,354 1,194 5,177 2,158 1,68 0,365

0,0010 2,012 3,0 8,372 7,646 1,095 5,323 1,573 2,24 0,570

0,0010 2,212 2,5 8,355 7,608 1,098 5,054 1,653 2,24 0,557

0,0010 2,453 2,0 8,381 7,665 1,093 4,833 1,734 2,24 0,542

0,0010 2,742 1,5 8,454 7,832 1,079 4,666 1,812 2,22 0,526

0,0010 3,085 1,0 8,577 8,123 1,056 4,562 1,880 2,19 0,509

0,0015 1,788 3,0 7,209 7,129 1,011 5,064 1,423 2,60 0,696

0,0015 1,973 2,5 7,179 7,056 1,017 4,778 1,503 2,61 0,680

0,0015 2,199 2,0 7,188 7,077 1,016 4,539 1,584 2,61 0,662

0,0015 2,473 1,5 7,242 7,212 1,004 4,356 1,663 2,59 0,641

0,0015 2,805 1,0 7,348 7,478 0,983 4,239 1,733 2,55 0,619

0,0020 1,643 3,0 6,486 6,794 0,955 4,897 1,325 2,89 0,802

CANAL CON MAMPOSTERIA DE PIEDRA PARTIDA CEMENTADA

n = 0,025

Q = 18,750 m3/s

Z = 0,577

ANCHO DE SOLERA DADO

s y b A P R T D v F

0,0005 3,260 3,0 15,915 10,528 1,512 6,764 2,353 1,18 0,245

0,0005 3,525 2,5 15,983 10,639 1,502 6,570 2,433 1,17 0,240

0,0005 3,825 2,0 16,099 10,834 1,486 6,417 2,509 1,16 0,235

0,0005 4,166 1,5 16,267 11,120 1,463 6,310 2,578 1,15 0,229

0,0005 4,548 1,0 16,489 11,503 1,433 6,251 2,638 1,14 0,224

0,0010 2,692 3,0 12,257 9,216 1,330 6,108 2,007 1,53 0,345

0,0010 2,931 2,5 12,284 9,268 1,326 5,884 2,088 1,53 0,337

0,0010 3,208 2,0 12,359 9,409 1,314 5,705 2,166 1,52 0,329

0,0010 3,529 1,5 12,485 9,650 1,294 5,575 2,239 1,50 0,320

0,0010 3,897 1,0 12,663 9,999 1,266 5,500 2,303 1,48 0,312

0,0015 2,401 3,0 10,530 8,544 1,232 5,772 1,824 1,78 0,421

0,0015 2,624 2,5 10,537 8,561 1,231 5,530 1,905 1,78 0,412

0,0015 2,888 2,0 10,591 8,669 1,222 5,335 1,985 1,77 0,401

0,0015 3,185 1,5 10,633 8,855 1,201 5,177 2,054 1,76 0,393

0,0015 3,555 1,0 10,850 9,209 1,178 5,104 2,125 1,73 0,378

0,0020 2,212 3,0 9,458 8,107 1,167 5,554 1,703 1,98 0,485

El control de la Velocidad, dependerá del tipo de Revestimiento, ésta no debe ser menor a 0,6 m/s ni mayor a 2,0 m/s para mampostería de piedra y para concreto revestido, depende adicionalmente de su Resistencia, generalmente la Velocidad no debe ser mayor de 3 m/s para un concreto de f’c=100 kg/cm 2, pero está puede variar desde 2.8 m/s para f’c=90 kg/cm2 a 7.4 m/s para f’c=210 kg/cm2

Se buscan valores de velocidad entre los rangos ya mencionados, de tal manera que el flujo esté perfectamente controlado, evitando así turbulencia excesiva y que el material sea sometido a fuerzas de fricción y reducir el desgaste por abrasión del revestimiento, que disminuya su período de vida útil, aumentando el período de recuperación de la inversión.

De los cálculos realizados, se saca las siguientes conclusiones:

- PARA CONCRETO REVESTIDO.

Las pendientes que generan velocidades y un número de Froude moderados son 0,0005 y 0,001. De estas dos pendientes la que da menor área de excavación es obviamente 0,001, pero al momento de hacer el trazo del canal se tendrá menor área de recepción y por consiguiente menor recurso hídrico y, siendo necesario para el suministro del agua a las tierras, un nivel alto en el punto de entrega, con esta pendiente se pierde elevación. Si consideramos la pendiente de 0,0005, se tendrá mayor cuenca de recepción, velocidad más baja, cota de entrega más alta, pero mayor área de excavación.

Teniendo en cuenta que existen otros factores que determinarán la mejor opción, como son la longitud del canal y el caudal disponible a partir de dichas pendientes, se pueden analizar las dos alternativas de manera preliminar.

- PARA MAMPOSTERÍA DE PIEDRA CEMENTADA.

Siguiendo el mismo análisis también elegimos las pendientes de 0,0005 y 0,001.

2.3. TRAZO PRELIMINAR DEL CANAL

Una vez que hemos escogido las pendientes tentativas, se realiza un primer trazo preliminar que nos sirve para hacer un primer acercamiento a lo que será la ubicación de la bocatoma.

En la primera aproximación se analiza las posibles curvas de partida para el trazo, considerando que la cabecera de las tierras a irrigar.

El proceso consiste: Medir cada una de las curvas de nivel desde el Punto de Pase

hasta su intersección con el río. Seleccionar la curva de nivel con menor longitud. La curva seleccionada nos servirá como guía para el trazo

preloiminar.

2.4. UBICACION DE LA BOCATOMA

Luego de haber hecho un primer trazo en sentido inverso al flujo, se ubica el principal punto de captación preliminar, en el río. Este punto se encuentra para cada uno de las pendientes seleccionadas.

Esta ubicación es tentativa y no se hacen mayores análisis en cuanto a la zona, ancho del cauce, geología, etc. El punto definitivo se hallará luego de haber escogido un trazo final y de haber realizada las visitas de campo respectivas.

En un proyecto de Irrigación, se elabora en base a un proceso de acercamientos hacia la opción definitiva, y no un conjunto de etapas que se van terminando en orden sucesivo, es que los temas están ligados uno con otro en forma simultánea haciendo así más compleja la determinación del resultado final.

CAPITULO II

GEOLOGÍA

1. GENERALIDADES 

Es la ciencia que estudia los cambios sucesivos que han operado en los reinos orgánicos e inorgánicos en la naturaleza. Los procesos geológicos y sus efectos.Otra definición considera como una ciencia de la tierra, que estudia cómo se ha formado, de qué está hecha, su historia y los cambios que han tenido lugar sobre ella y en ella.

2. ESTRUCTURA DE LA TIERRA.

La tierra forma parte del sistema solar y por lo tanto debe tener una estructura y composición similar a los otros planetas y estar sometida a las mismas leyes generales. La tierra tiene un radio medio de 6371 Km.

La temperatura en centro de la tierra oscila entre los 2200 y 4400 °C.

Litosfera: La litosfera o corteza terrestre parece tener dos componentes principales: una capa de unos 5 Km. de basalto duro que circunda la tierra llamada (SIMA), compuesta fundamentalmente de silicio y magnesio y sobrepuesta a esta, bloques de roca granítica liviana de hasta 65 Km. de espesor en las raíces montañosas que forman los continentes, llamadas (SIAL) compuesta de aluminio y silicio.

Pirósfera: La Pirósfera está compuesta de hierro y silicato de aluminio, tiene una temperatura aproximada de 2000 °C. Tiene un espesor desde 1500 a 3000 Km. Barísfera: La Barísfera está compuesta de níquel y hierro llamándose también por este motivo NIFE, tiene un espesor alrededor de 3000 Km. y alcanza temperaturas de más de 4000 °C.

3. PROCESOS GEOLÓGICOS Y SUS EFECTOS

Dentro de los procesos geológicos está: 

3.1 LA GEOLOGÍA FÍSICA O DINÁMICA

La cual se divide en: 

3.1.1.DINÁMICA INTERNA

Estudia los procesos geológicos internos como ser: ACTIVIDADES MAGMÁTICAS (MAGMATISMO): Con este término se designa a todos aquellos fenómenos que se originan desde la fusión hasta el enfriamiento de un magma. VULCANISMO: Significa uno de los principales procesos geológicos y abarca el origen, movimiento y solidificación de la roca fundida. También debajo de la superficie terrestre se efectúa extensamente el vulcanismo. La roca fundida subterránea se llama magma, al enfriarse forma la roca ígnea y puede alcanzar la superficie a través de fisuras o erupciones volcánicas en cuyo caso se llama lava. A este proceso geológico se le atribuye la formación del globo terrestre.

 TERREMOTOS: Son temblores de tierra causados por el paso de vibraciones a través de las rocas, constituyen los más terribles de los fenómenos naturales, el estudio de los temblores se llama sismología. MAREMOTOS: Es una concusión o sacudida del fondo del mar, causante de una agitación violenta de las aguas, que a veces se propaga hasta las costas, dando ocasión a inundaciones. TECTONISMO: Es llamado también diastrofismo, con este término se indican todos los movimientos de las partes sólidas de la tierra de los que resultan desplazamiento (fallamiento) o deformación (plegamiento), todos estos movimientos son debidos a las presiones. METAMORFISMO: Es un término general, que se refiere a cualquier alteración sufrida por las rocas. Los agentes que producen el metamorfismo son el calor, la presión y la solución. El proceso predominante es la recristalización.

 3.1.2.DINÁMICA EXTERNA

 Estudia los procesos geológicos externos causados por la energía atmosférica:

Acción atmosférica Acción geológica de los ríos Acción de los mares El proceso llamado gradación (intemperismo)

4. ESTRUCTURAS GEOLÓGICAS. Todas las masas de roca tienen algunas características o aspectos que constituyen su estructura. El estudio de las disposiciones y significación de éstas, constituye el campo de la geología, llamado geología estructural. Estructura es la forma en la que han sido depositadas las rocas, es decir, como están colocadas. Nos ayudan a determinar el método y costo de excavación como material de préstamo ya sea para una irrigación, la excavación de un túnel o la ubicación de posos de agua subterránea. 

4.1. TIPOS DE ESTRUCTURAS. 

ESTRUCTURA PRIMARIA: A través de esta estructura, la roca es depositada horizontalmente y no son afectadas por los movimientos epirogénicos y orogénicos. Las estructuras primarias de mayor importancia son: 

ESTRATIFICACIÓN: La naturaleza estructural más común y prominente de los sedimentos, es la disposición en capas llamada estratificación o colocación en lechos. Los lechos, capas o estratos, pueden diferir en el tamaño de los granos, en la disposición o arreglo de éstos en el color, en la constitución mineralógica, o en la combinación de estos elementos.  LAMINACIÓN Y LAMINACIÓN TRANSVERSAL: Dentro de los lechos o capas, puede haber unidades de menos de un cuarto de pulgada de espesor que se llaman láminas; un depósito que presente láminas se dice que es laminado. Las láminas pueden ser paralelas a los planos de las capas de sedimentación, o formar un cierto ángulo con dichos planos. ONDULACIÓN: La ondulación es familiar para quien haya visto alguna vez un área cubierta de arena. Esta ondulación puede deberse al viento, a las corrientes de agua, o las olas. GRIETAS PRIMARIAS: Las contracciones debidas a pérdidas de agua, compactación y asentamientos y otras causas menos comunes, dan lugar a grietas en los sedimentos no consolidados y parcialmente consolidados. Es característico que estas grietas sean cortas, irregulares y discontinuas.

 ESTRUCTURA SECUNDARIA: Se han formado después de la consolidación de la masa rocosa por las fuerzas de los movimientos epirogénicos y orogénicos a través de los cuales la roca se ha ondulado y deformado. Son de este tipo de estructura los pliegues, fracturas o fallas, fisuras, etc.

 4.2. DIASTROFISMO.

Que son los movimientos internos de la corteza terrestre que causan deformación de la roca.

Se subdivide en: 

CAPITULO III

EDAFOLOGIA

1. GENERALIDADES

Viene del griego 'edaphos' que significa superficie de la tierra, en contraposición de "geos" que denomina al cuerpo cósmico.

Estudia el suelo desde todos los puntos de vista: su morfología, su composición, sus propiedades, su formación y evolución, su taxonomía, su distribución, su utilidad, su recuperación y su conservación.

SUELO.

Es la "capa superior de la superficie sólida del planeta, formada por meteorización de las rocas, en la que están o pueden estar enraizadas las plantas y que constituye un medio ecológico particular para ciertos tipos de seres vivos".

El Servicio Nacional Cooperativo de Levantamiento de Suelos de EE.UU. ha elaborado una definición del suelo alineada con los conceptos generales expuestos arriba, según la cual “suelo es la colección de cuerpos naturales de la superficie terrestre, en algunos lugares modificados por el hombre, y aún construidos por él con materiales terrosos, que contienen materia viva y sustentan o son capaces de sustentar plantas a la intemperie”.

La acepción más tradicional, suelo es el medio natural en que crecen las plantas

2. ASPECTOS PRINCIPALES

Las características del lugar en que se encuentra Características especificas del suelo en si: composición, morfología y

propiedades.

2.1. CARACTERISTICAS DEL LUGAR.

Se puede resumir en cuatro puntos:

2.1.1. FORMA DEL TERERNO: Corresponde al factor relieve de la formación del suelo, por lo que su descripción ha de hacerse de forma sistemática y exhaustiva. 

2.1.2. PENDIENTE: Se valora el efecto de relieve en la formación del suelo. Conviene determinarla con la máxima precisión posible, aunque siempre referida al promedio de la ladera en que se encuentra el suelo.

2.1.3. VEGETACION O USO DE LA TIERRA: En este apartado se describe el tipo de cultivo, en caso de la utilización, o la vegetación natural existente en el área, incluyendo, si es posible, una relación de las especies observadas y que puedan considerarse significativas. En este sentido debemos destacar la importancia de la vegetación para detectar algunas condiciones del suelo que

no siempre se manifiestan en su morfología; así, la salinidad cuando no existen eflorescencias, puede predecirse por la presencia o ausencia de ciertas especies; también la presencia de hidromorfías temporales se pone de manifiesto por el tipo de vegetación o por la aparición de ciertas especies. La observación de especies acidófilas estrictas, calcícolas o calcífugas nos informan acerca del estado del complejo absorbente del suelo, incluso se citan algunas especies que son indicadoras de la presencia de ciertos metales pesados.

2.1.4. CLIMA: El clima se deduce de los datos proporcionados por las estaciones meteorológicas. Es muy importante la correcta elección de la o las que mejor representan la zona en la que se encuentra el suelo, éstas no siempre son las más cercanas sino las que están en una situación parecida en cuanto a altitud, orientación y posición respecto a los posibles sistemas montañosos presentes, debiendo cuidar la exposición o protección respecto a los vientos dominantes.

2.2. CARACTERISTICAS DEL SUELO:  

2.2.1. MORFOLOGIA DEL SUELO

En este apartado se deben analizar los siguientes tópicos:

A. HORIZONTES:

La diversidad morfológica de los horizontes del suelo es de tal naturaleza que hay que recurrir a un sistema estricto de denominación, ello evita las confusiones a la hora de transferir información de unos autores a otros. El sencillo sistema de Dokutchaev ya no es válido para una complejidad semejante.

Los horizontes del suelo se designan por una letra mayúscula que indica el tipo genético. Se utilizan la H y la O para los horizontes orgánicos. La A, E y B, para los horizontes minerales y C y R para las capas constituidas por el material original más o menos transformado.

Esa letra puede ir seguida de otra minúscula para indicar alguna característica importante pero no incluida en la definición de la mayúscula correspondiente. Cuando un horizonte principal muestre características diferentes a lo largo de su espesor, que no afecten a su denominación completa, incluyendo sufijos, puede dividirse en varios subhorizontes a los que se aplicará la misma denominación seguida de un número arábigo consecutivo y empezando con el "1" en el subhorizonte más superficial.

Cuando aparezca en un perfil más de un ciclo de formación, los horizontes correspondientes llevaran un prefijo constituido por un número arábigo consecutivo, considerando el ciclo actual como "1" y siguiendo en orden creciente de juventud. En el ciclo actual no se utiliza el prefijo por lo que el primer número utilizado será el "2". Estas diferencias de ciclo se conocen como discontinuidades litológicas y si existiese una entre dos horizontes con la misma denominación, se consideraran como uno solo a efectos de subdivisión ( ...Bt1, Bt2, 2Bt3, 2C...).

A.1. HORIZONTES DE TRANSICION

Están situados entre dos de los horizontes descritos, de forma que sus propiedades se mezclan y resulta difícil inclinarse por uno de ellos. Se denominan por las letras de ambos situando en primer lugar la correspondiente al horizonte al que mas se parece. Los sufijos de los horizontes principales no se utilizan en la denominación del horizonte de transición y solo se aplica algún sufijo para indicar alguna característica presente en el conjunto de dicho horizonte.

A.2. HORIZONTES MEZCLADOS

Se utiliza este término para designar a aquellos horizontes situados entre otros dos principales que están interpenetrados de tal forma que resulta imposible la separación. El conjunto del horizonte constituye una mezcla del que le precede y le sigue. Se designan por las letras correspondientes a los horizontes principales, sin sufijos, separadas por una barra (/) y situando en primer lugar la correspondiente al horizonte mayoritario en la mezcla. No se emplean sufijos en el conjunto.

B. COLOR

El color es muy variable y también muy importante. Hay que prestar mucha atención tanto a la matriz de los horizontes como a la presencia de manchas.

La característica principal de la formación de la parte mineral del suelo es la generación de arcilla. Todos los minerales esenciales que constituyen la fracción arcillosa son blanquecinos, pero no es ése el color habitual de las arcillas extraídas del suelo, la razón es la presencia de unas sustancias coloreadas y con un fuerte poder de tinción que se conocen como agentes cromógenos.

El color no es un propiedad frívola, como podría parecer, sino que nos ofrece numerosas claves sobre la formación del suelo y de su comportamiento. Por ello es necesario expresarlo con gran precisión para que pueda ser interpretado por personas diferentes de las que realizan su descripción.

C. TEXTURA.

La textura es la forma en la que se distribuyen por tamaños las partículas del suelo. Su determinación ha de hacerse mediante el correspondiente análisis.

No obstante, en el campo puede apreciarse de forma indirecta formando una pequeña bola entre los dedos, con ayuda de una pequeña adición de agua si el suelo está demasiado seco. Del comportamiento de esa bolita puede deducirse el contenido en las diversas fracciones. Cuanto más moldeable es la bolita formada, mayor será el contenido en arcilla. La untuosidad o pegajosidad de la misma es un índice del contenido en limo. La arena se detecta por el ruido que hace al amasarla entre los dedos, cuanto mayor es el chirrido que se produce mayor será su contenido en arena.

Con cierta experiencia pueden distinguirse varios tipos texturales, pero lo más interesante es la comparación del comportamiento de los diferentes horizontes, para lo cual no es necesaria una gran experiencia sino una modesta capacidad de observación.

D. POROSIDAD.

La determinación de la porosidad suele hacerse por métodos indirectos como la permeabilidad, la relación entre las dos formas de determinar la densidad o la retención de agua. Pero todos ellos nos pueden informar acerca del volumen total de poros, de la existencia de macroporos continuos o del valor de la microporosidad. No nos ofrecen la forma en que se distribuyen los poros, ni su forma, ni su orientación.

Una evaluación correcta y fiel de la porosidad del suelo solo puede obtenerse mediante la observación de la micromorfología, acompañada de una correcta micromorfometría.

No obstante, en el campo hay diversos aspectos que deben describirse de la forma más precisa posible, uno de ellos es la presencia de grietas de retracción de los agregados que son muy difíciles de observar por las técnicas descritas anteriormente.

Otro aspecto destacable es la distribución relativa entre los diversos horizontes, que en muchos casos suele ser suficiente para explicar el comportamiento del suelo.

E. RASGOS DE ORIGEN BIOLOGICO.

Se describe la eventual presencia de algún animal o la evidencia de su presencia en algún momento, que se pone de manifiesto por la observación de nidos, restos procedentes de la metamorfosis, galerías u otro rasgo indicador.

F. ACTIVIDAD HUMANA.

En este sentido debe hacerse notar cualquier modificación que se observe en el suelo por efecto de la actividad humana, diferente del cultivo habitual del mismo.

En este sentido se debe indicar la presencia de fragmentos de loza, escombros, indicios de basuras y cualquier tipo de material ajeno al suelo y del que exista evidencia de la intervención humana en su presencia.

G. ESTRUCTURA.

Es el modo en el que se agrupan las partículas elementales del suelo para generar formas de mayor tamaño, conocidas como agregados o vulgarmente terrones.

En la estructura hemos de distinguir tres aspectos diferentes, la morfologia de los agregados, su grado de desarrollo y el tamaño.

Estructura particular. Se presenta cuando sólo hay arena y la floculación es imposible y las partículas quedan separadas. Es propia de los horizontes E. Realmente no se trata de una estructura pues no responde a los criterios de definición de la misma pero se le asigna el término para mantener una unidad en la definición y describir este estado de "no agregación" del suelo.

Estructura masiva. Ocurre cuando las partículas se adhieren tanto que aparece una masa sin grietas y sin diferenciación de agregados. Es propia de materiales que no han sufrido procesos edáficos pero que poseen coloides arcillosos derivados de su origen como son los horizontes C.

Estructura fibrosa. Es otra de las situaciones que no responde al criteiro de estructura como sucede con las anteriores. Está constituida por fibras procedentes del material orgánico poco descompuesto en el que los restos de tejidos son fácilmente visibles; la única organización es el entrelazamiento de las fibras. Es propia de los horizontes orgánicos H y O.

Estructura grumosa o migajosa. Procedente de la floculación de los coloides minerales y orgánicos y mantiene el aspecto de los grumos formados. Sus agregados son pequeños, muy porosos y redondeados, lo que hace que no encajen unos con otros y dejen huecos muy favorables para la penetración de las raíces. Su pequeño tamaño hace que el contacto entre suelo y semilla sea bueno y favorezca su germinación al suministrarle el agua necesaria. Es propia de los horizontes A, ricos en materia orgánica. Junto con la que sigue, representa al grupo de las estructuras que se conocen como construidas.

Estructura granular. Aparece cuando los agregados son poco o nada porosos por el predominio de la arcilla sobre la materia orgánica en el proceso de floculación. Es propia de horizontes A de suelos pobres en materia orgánica, como los de cultivo.

Existen otro tipo de estructuras que no proceden de la floculación de los coloides sino de la adhesión de los mismos; al desecarse el suelo, la masa formada se fragmenta y por ello se conocen como estructuras de fragmentación.

Estructura subpoliédrica o subangular. Constituye un enlace entre las estructuras construidas y las de fragmentación y participa de ambos procesos; morfológicamente esta entre la que le precede y la que sigue. Sus agregados tienen forma poliédrica equidimensional con las aristas y los vérticesredondeados. Es propia de horizontes A muy pobres en materia orgánica y de la parte superior de los horizontes B.

Estructura poliédrica o angular. Es la representante genuina de las estructuras de fragmentación. Su forma recuerda a la de un poliedro equidimensional con aristas y vértices afilados y punzantes. Los agregados encajan perfectamente unos en otros y dejan un sistema de grietas inclinadas. Es típica de horizontes B con contenidos arcillosos medios o con arcillas poco espansibles.

Estructura prismática. Es similar a la anterior pero la dimensión vertical predomina sobre las horizontales, adoptando una forma de prisma. Cuando es muy gruesa constituye una transición a la estructura masiva. Es propia de los horizontes B muy arcillosos que los hace compactos y se resquebrajan en grandes bloques.

Existe una variedad de estructura prismática en la que la base superior del prisma esté inclinada en forma de cuña. Está asociada a la presencia de arcillas expansibles que generan en el suelo un sistema de grietas verticales cuando se seca, estas grietas se rellenan parcialmente con material caido desde la superficie lo que provoca que al humedecerse, y recuperar el volumen inicial, se produzca una elevación del material forzada por la compresión lateral; este hecho obliga a tomar la forma de cuña que facilita el ascenso. Esta estructura es propia de suelos muy ricos en arcillas esmectíticas.

Estructura columnar. Es otra variedad de estructura prismática que se produce siempre que hay una dispersión fuerte de la arcilla provocada por una alta concentración de sodio. Las arcillas sódicas al secarse forman una masa muy compacta que se resquebraja en grandes prismas muy duros e impenetrables por el agua; el agua cargada de coloides fluye fundamentalmente por las grietas que quedan entre los agregados y esto hace que las partículas en suspensión erosionen la parte alta de los agregados y le den un aspecto de cúpula. En estas condiciones también se dispersa la materia orgánica, por lo que esa suspensión impregna la superficie de los agregados que quedan revestidas de oscuro y se les conoce como columnas enlutadas. Es frecuente que las sales queden impregnando la parte superior y cristalicen al secar, lo que provoca una cubierta blanca. Es propia de los horizontes B de suelos salinos sódicos.

Estructura esquistosa o laminar. Es una estructura semejante a las anteriores pero en la que la dimensión vertical es mucho menor que las horizontales. Es propia de horizontes C procedentes de materiales originales esquistosos que le ceden al suelo su estructura. En otras ocasiones se debe a aportes continuados de material con texturas diferentes, como sucede en los suelos aluviales.

Estructura escamosa. Su forma es la de una lámina delgada y curvada con aspecto cóncavo. Ocurre en zonas encharcadas y desecadas en las que, en el último período, se produce una sedimentación de las partículas que había en suspensión y una selección por tamaños en la que quedan abajo las más gruesas. Al secarse, mientras las partículas gruesas no cambian de volumen, la fracción fina y coloidal se contrae. Este estrechamiento provoca tirantez y hace que la superficie su curve. Siempre aparece en superficie y es una estructura pasajera porque en el momento que llueve la estructura va a su forma primigenia.

 H. CONSISTENCIA.

Es la trabazón o coherencia entre las partículas del suelo. Varía según el estado de humedad por lo que conviene determinarla con el suelo seco, húmedo y mojado. Se considera que el suelo está seco cuando cambia de

color al añadirle una gota de agua, y si tal no sucede decimos que está húmedo cuando no moja la mano al cogerlo, o mojado cuando sí lo hace.

Si se toma un agregado seco ofrece una cierta resistencia a partirse, al humedecerse se fractura mejor y cuando está mojado puede resultar moldeable y más o menos pegajoso.

Consistencia en seco.

En su descripción se utilizan unos términos prestablecidos a los que suele añadirse algún adverbio de cantidad para indicar la intensidad del término utilizado.

Suelto: Se utiliza en aquellos horizontes que carecen de estructura o que aquella es particular. No existen agregados en el suelo y las partículas del mismo no están unidas entre sí. Los horizontes que la presentan están muy bien aireados y son muy penetrables, pero las raíces tienen poco contacto y la retención de agua es muy débil. Si aparece en superficie, los suelos se labran muy bien pero son muy malos a la hora de establecer construcciones sobre ellos, por la dificultad que representan para la cimentación.

Blando: Los agregados se rompen entre los dedos. Este tipo de consistencia suele estar asociado a estructuras migajosas o granulares. El suelo está bien aireado, es fácil de penetrar y ofrece buen contacto a las raíces. La retención de agua es, en general, buena y se labra bien aunque es conveniente que presente un cierto nivel de humedad para que no se destruyan los agregados.

Duro: Los agregados son difíciles de romper con la mano, y en algunos casos es necesario recurrir al martillo. La aireación es escasa y las raíces penetran con mucha dificultad en los agregados y suelen crecer a traves de las fisuras. Retiene gran cantidad de agua aunque el drenaje puede resultar escaso. Hay que labrarlo con esmero por su propensión a formar "suelas de labor".

Consistencia en húmedo.

Como en el caso anterior se utilizan una serie de términos modificados, en su cso, por algún adverbio de cantidad.

Suelto: Se corresponde con el término análogo en seco y presenta un comportamiento semejante.

Friable: Se desmenuza con cierta facilidad. En seco , suele ser "blando" o algo "duro y su comportamiento es el equivalente a ellos.

Firme: No se desmenuza con facilidad. En seco suele ser duro o muy duro y con un comportamiento semejante. Usualmente existe una correspondencia entre la consistencia en seco y en húmedo, si bien en esta situación los agregados se desmenuzan con mayor facilidad. Cuando la tenacidad se mantiene parecida en ambas situaciones, es debido a la presencia de agentes cementantes de tipo químico, como pueden ser los carbonatos, óxidos de hierro u otros semejantes. Cuando se humedece se mantiene la coherencia y lo mismo de duro es en seco que en húmedo. Cuando la dureza es atribuible a la arcilla se fractura con más facilidad en húmedo y la consistencia se atenúa. Los distintos estados de consistencia en seco y húmedo nacen de la naturaleza del agente cementante.

Consistencia en mojado.

En esta situación se observan dos aspectos diferentes como son la plasticidad y la adherencia y, solo en ocasiones, la tixotropía. Se utiliza el término correspondiente acompañado, en su caso, de un adverbio de cantidad o se indica la ausencia de la condición.

Adherente: Se utiliza para indicar que la tierra se pega a las manos. Suele ir asociada a suelos duros en seco y poco friables o firmes en húmedo. Cuando el suelo es muy adherente es debido a la presencia de partículas finas no coloidales que no se unen unas a otras para constituir agregados. La presencia de este limo hace que, al no estar adherido, el suelo húmedo se vuelva resbaladizo y se enfangue. Esto tiene una mala consecuencia para el mantenimiento del suelo puesto que la erosión es muy alta.

Plástico: Tiene la capacidad de poder ser moldeado. La plasticidad se mide formando un cordón y estableciendo lo largo y fino que se hace antes de que se rompa. Está en función del contenido de arcilla y del tipo de ella. No va necesariamente unida a la adherencia. Son muy difíciles de trabajar porque se forman grandes bloques que impiden un buen contacto de la semilla con el suelo y no hay suministro de agua. Son muy difíciles de trabajar porque si están demasiado húmedos pueden formar grandes terrones o suelas de labor.

Tixótropo: El suelo sufre una modificación de su estado con la presión. La tixotropía está asociada a la presencia de alofana, que es típica de suelos desarrollados sobre cenizas volcánicas. La fácil alteración origina iones que se organizan en pseudoestructuras conocidas como alofanas, muy parecidas a la caolinita y que dejan gran cantidad de huecos que se llenan de agua actuando como una esponja. La alofana aporta grandes ventajas al suelo porque retiene muchos iones y agua.

 I. RASGOS EDAFICOS.

Son detalles que se destacan en un horizonte , como unidades discretas incluidas en la masa del suelo, identificables por una concentración en un determinado componente o por una estructura diferente. Se originan en los procesos edafogenéticos por lo que gozan de una gran importancia.

Hay dos tipos principales:

Revestimientos o cútanes.: Son acumulaciones de material que tapizan los agregados o los poros del suelo. Este tapizado atenúa la rugosidad y cuando es grueso puede dar lugar a una superficie brillante. Nódulos: Son cuerpos tridimensionales de sustancias extrañas a la matriz del suelo y que están incrustados en ella. Provienen de una acumulación de material que ha venido en un vehículo acuoso y que al cambiar las condiciones detiene su movimiento por floculación, precipitación o insolubilización, con o sin cristalización posterior. Estos fenómenos pueden suceder por variaciones en el pH, el potencial redox, la concentración en alguna sustancia o por sobresaturación de la solución provocada por la evaporación del agua.

J. CEMENTACION.

Es la cualidad que presenta un horizonte cuando en su seno se produce la recristalización de sustancias solubles que engloban a sus partículas, ello produce una tenacidad inusual que impide la penetración de las raíces de las plantas y la circulación del agua, salvo que la capa cementada se encuentre fracturada.

 K. PEDREGOSIDAD.

El interés de la descripción de la pedregosidad estriba en que las piedras presentes en un horizonte constituyen un elemento inerte del mismo por lo que actúan como diluyente de sus propiedades. Cuando efectuamos la determinación de algún parámetro químico, lo hacemos en la tierra fina, fracción menor de 2 mm, por ello si la pedregosidad es grande el valor real del parámetro medido es menor que el expresado, dado que la tierra fina solo es una parte del horizonte que, cuando la pedregosidad es alta, puede ser mínima.

De la pedregosidad nos interesan algunas características como:

Abundancia.

Tamaño.

Forma.

Naturaleza.

Nivel de alteración.

 L. CONTENIDO DE SALES

En este apartado lo más significativo es la presencia de carbonatos, para determinarla se utiliza HCl (1:1) y se observa si produce efervescencia y cuál es su intensidad. Se utilizan diversas clases:

No calcáreo: No hace efervescencia con ClH 1:1.

Ligeramente calcáreo: Débil efervescencia, apenas visible y solo perceptible por el oído. Efervescencia producida por la adición de ClH diluido a un fragmento recubierto por carbonato cálcico. Recristalización de carbonato cálcico en las grietas existentes en la fractura de la roca y entre los agregados del suelo.

Calcáreo: Efervescencia visible.

Fuertemente calcáreo: Efervescencia fuerte y granos de carbonatos visibles. Para las sales más solubles, se advierte su presencia en forma de eflorescencias o es necesario recurrir a la determinación de la conductividad eléctrica.

M. PRESENCIA DE RAICES

De las raíces interesa el tamaño y la abundancia. Lo más importante es la distribución relativa del número de raíces que hay en cada horizonte y hasta dónde llegan, es decir, la profundidad de enraizamiento que nos permite estimar la profundidad útil del suelo, muy valiosa para decidir el tipo de utilización y la capacidad de almacenamiento de nutrientes y agua.

2.2.2. COMPOSICION

A. FASE SÓLIDA

La fase sólida es la responsable del comportamiento del suelo al ser la única permanente y dentro de ella se distinguen dos tipos de componentes o fracciones: la fracción mineral derivada del material original y la fracción orgánica procedente de los restos de los seres vivos que se depositan en la superficie del suelo y de los que habitan en su interior.

Dentro de la fase sólida mineral se han de considerar las sustancias de carácter salino, más o menos solubles y que por tanto presentan una menor estabilidad que los silicatos, que son los constituyentes primordiales. Esta menor estabilidad y su fácil intercambio con la fase líquida, que les permite, en ciertas ocasiones, incluso abandonar el suelo, nos mueve a considerarlos en un tercer grupo, separado del resto de los componentes minerales.

Los componentes de la fase sólida se dividen en:

Componentes minerales

La fracción mineral del suelo deriva directamente del material original del mismo y está constituida por fragmentos de aquel unidos a sus productos de transformación, generados en el propio suelo.

Al distribuir las partículas minerales del suelo por tamaños establecemos lo que se conoce como fracciones granulométricas. Los fragmentos más gruesos se les conoce genéricamente como grava.

Las partículas edáficas son una serie de fracciones definidas según su diámetro y que corresponden a tres tipos principales: arena, limo y arcilla. Dentro de la arena se definen diversos tipos según la clasificación seguida pero que podemos sintetizar como arena gruesa (constituida por fragmentos de la roca madre y, como ella, es polimineral) y fina (constituida por fragmentos de roca pero, generalmente, de carácter monomineral y con un nivel de alteración variable). El criterio que se ha seguido es el tipo de material que predomina en ellas.

El limo está constituido por materiales heredados o transformados pero no tienen carácter coloidal. Es una fracción donde las transformaciones son mayores y su composición mineralógica se parece a la de las arcillas. Son partículas monominerales en las que hay un alto contenido en filosilicatos de transformación o neoformación.

La arcilla está formada por partículas de carácter coloidal y monomineral que se han formado en el suelo o han sufrido transformaciones en él, aunque en algunos casos pueden ser heredados del material original mediante una microdivisión del mismo.

Componentes orgánicos

La materia orgánica del suelo procede de los restos de organismos caídos sobre su superficie, principalmente hojas y residuos de plantas. Este material recién incorporado es el que se conoce como "materia orgánica fresca" y su cantidad varía con el uso o vegetación que cubra al suelo.

La materia viva en el momento en que deja de serlo, comienza un proceso de descomposición provocado por los propios sistemas enzimáticos del organismo muerto. Además sirve de alimento a numerosos individuos animales que habitan en la interfase entre el suelo y los detritus que lo cubren. En esta fauna predominan artrópodos de diversas clases y gran número de larvas, sobre todo de insectos.

El papel de esta fauna es doble, por una parte digieren los restos y los transforman dejando en su lugar sus excretas, en las que aparecen sustancias más sencillas mezcladas con microorganismos de su intestino y del propio suelo, que fueron ingeridos con los restos; de otra parte realizan una función de trituración que provoca un incremento notable de la superficie de los restos y que ayuda al ataque de los microorganismos de vida libre que habitan en la hojarasca o en las capas altas del suelo. Estos primeros fragmentos presentan una estructura vegetal reconocible hasta que se inicia el ataque de los hongos, que son los primeros microorganismos que se implantan sobre los restos vegetales.

Los hongos son capaces de atacar y romper las moléculas de lignina que forman las paredes de los vasos y las de celulosa que forman parte de las membranas celulares, por el contrario necesitan tomar el nitrógeno en forma mineral, por lo que han de hacerlo de la solución del suelo. Una vez rotas las paredes de los vasos y de las células, queda abierta la puerta a la acción bacteriana, cuyos individuos se nutren de las proteínas y de los azucares principalmente.

Las bacterias liberan nitrógeno en forma amoniacal y, posteriormente, nítrica que permite la nutrición fúngica y el crecimiento de su población, iniciándose así una estrecha colaboración entre ambos tipos de organismos que termina favoreciendo a las plantas que habitan el suelo, al desaparecer la competencia por el nitrógeno que hasta ese momento sufrían por parte de los hongos. Dependiendo de la cantidad de nitrógeno presente en la materia orgánica fresca que llega al suelo así será el posible enriquecimiento de éste en el elemento citado y la velocidad del proceso de transformación de los restos vegetales, por ello la relación C/N de los restos vegetales es un factor decisivo en todo el proceso de transformación de la materia orgánica y que en su conjunto se conoce como "proceso de humificación".

A medida que avanza el proceso de humificación se va reduciendo el valor de la relación C/N del material resultante, dado que el carbono se consume en los procesos energéticos de los microorganismos y termina como dióxido de carbono, mientras que el nitrógeno se invierte en la

producción de proteínas que llegan nuevamente al suelo al morir los microorganismos presentes en él. Al final de esta primera etapa de descomposición, los restos vegetales van perdiendo su estructura inicial hasta acabar resultando irreconocible.

En el caso de las lombrices se produce una modificación de la composición del suelo que ingieren con respecto al que excretan, modificando algunos parámetros que favorecen la acción microbiana y como consecuencia de ello una aceleración del proceso de humificación.

Ahora bien la materia orgánica no se acumula indefinidamente en el suelo sino que los procesos oxidativos, que dan lugar a las sustancias húmicas, continúan, así como la acción microbiana, que puede utilizar las sustancias húmicas formadas como sustrato nutritivo y provocar su descomposición y "mineralización", con lo que se cerraría el ciclo biogeoquímico de los elementos.

B. FASE LIQUIDA

La fase líquida se conoce como "agua del suelo" y si, en principio, es así por su procedencia de las lluvias o de mantos freáticos elevados, una vez en contacto con la fase sólida se incorporan a ella sustancias en solución y en suspensión procedentes de aquella. Es en la fase líquida en la que se desarrollan los procesos de formación y evolución del suelo, siendo de especial importancia los relativos a la interfase sólido-líquido. También actúa como vehículo de transporte de sustancias ya sea dentro del suelo como desde él al exterior.

También el suelo se comporta como una esponja capaz de retener una importante cantidad de agua con una fuerza de succión tal que teóricamente permanecería en él de forma indefinida. Gracias a este hecho podemos afirmar que es posible la vida sobre la tierra tal como la concebimos y la conocemos. La capacidad de retener agua del suelo debería considerarse como una propiedad del mismo, si bien el objeto de esa retención es uno de los componentes del suelo.

El agua que llega al suelo y se infiltra en él, cuando la lluvia es copiosa, termina por llenar todos sus poros y desalojar a la totalidad del aire. Cuando esto sucede se dice que el suelo se encuentra a su "capacidad máxima". Esta situación constituye un estado pasajero pues los poros gruesos permiten una rápida circulación descendente y favorecen que el agua se incorpore a las capas freáticas. A medida que se van vaciando los poros más gruesos la velocidad de circulación del agua disminuye, al principio la disminución de velocidad es muy importante y llega un momento en que casi se estabiliza hasta anularse completamente, pero en ese punto todavía queda agua en el suelo.

En el suelo, las partículas coloidales presentan una carga superficial, generalmente negativa, muy débil pero lo suficiente para hacer que las dipolares moléculas de agua se sitúen a su alrededor y se orienten con la carga positiva mirando hacia la partícula sólida. Esto crea una esfera de mayor radio que la anterior pero que se mantiene cargada de la misma forma, solo que con un potencial menor debido al aumento de superficie; esta nueva esfera atrae a nuevas moléculas de agua hasta ir formando esferas cada vez mayores y con una carga superficial menor.

Como es lógico, la primera capa de moléculas de agua está atraída con mayor fuerza que la segunda y así sucesivamente, hasta que la fuerza se hace prácticamente nula.

A la fuerza de unión entre la fase sólida del suelo y la líquida se le conoce como "potencial matricial". Existe una cierta proporcionalidad entre éste y el contenido de humedad.

Cuando el suelo se encuentra a su capacidad máxima, la mayor parte del agua se encuentra muy retirada de la fase sólida y por tanto su potencial matricial es nulo. A medida que va desapareciendo el agua de los poros más gruesos y solo va quedando en los de menor tamaño, el potencial matricial va creciendo pues la distancia máxima de las moléculas de agua que llenan un poro es la del radio de ese poro, de modo que a menor tamaño de poro mayor es la fuerza con que el agua está retenida. Cuando el potencial matricial es igual a la presión atmosférica, las fuerzas de empuje y de sujección de las moléculas de agua se anulan por tener el mismo valor y signo opuesto, de modo que ese agua permanecería retenida de modo indefinido. En este punto se dice que el suelo se encuentra a su "capacidad de retención"

El agua que se escurre luego de la etapa de rápido escurrimiento, ahora de circulación lenta, es utilizable por las plantas pues existe suficiente aireación para que puedan respirar y obtener la energía suficiente para la succión, y la fuerza con que el agua está retenida es pequeña lo que facilita la labor de las raíces. En el cambio de velocidad se estima se encuentran llenos los poros cuyo diámetro es inferior a 8 mm, que es lo que se considera como "microporosidad". En esta situación se dice que el suelo se encuentra a su "capacidad de campo".

Llegado el suelo a su capacidad de retención, solo la evaporación del agua o la succión de ella por las raíces de las plantas puede conseguir eliminarla, pero esto nunca sucede por completo mas que en los primeros centímetros del suelo que es donde se produce un fácil intercambio con la atmósfera libre. A este punto va llegando el agua más profunda mediante ascenso capilar por las diferencias de potencial matricial que se van creando, pero la velocidad de suministro se va haciendo cada vez más pequeña a medida que se van reduciendo las diferencias. Esto hace que el lazo capilar se rompa en un determinado momento y cese el aporte de agua a la superficie, esta sitación se conoce como "punto de ruptura del lazo capilar" .

El agua que puede retener el suelo a su capacidad de campo menos la que mantiene en el punto de marchitamiento, es la que se conoce como "agua útil" y es la aprovechable por las plantas. El contenido total de ésta que se estima que puede llegar a esa zona por ascenso capilar, constituye la "reserva de agua" del suelo. Cuanto más alta sea esta mayor será la posibilidad de resistencia de las plantas a un periodo seco.

Existe otro factor asociado al potencial matricial en la capacidad de suministro de agua a las plantas, es la presión osmótica de la solución del suelo. Existen también otros factores modificadores asociados a la geometría de los poros del suelo.

Todo este proceso de retención de agua por parte del suelo está asociado a la presencia de coloides, sobre todo los minerales o arcilla.

C. FASE GASEOSA

La fase gaseosa o "atmósfera del suelo" está constituida por un gas de composición parecida al aire cualitativamente pero con proporciones diferentes de sus componentes. Ella permite la respiración de los organismos del suelo y de las raíces de las plantas que cubren su superficie. También ejerce un papel de primer orden en los procesos de oxido-reducción que tienen lugar en el suelo.

El intercambio gaseoso entre el suelo y la atmósfera se produce por difusión entre ambos. No obstante existen procesos que favorecen este intercambio y que se conocen como respiración del suelo. Ésta se realiza primordialmente por los cambios de volumen que experimenta la fase sólida del suelo en las alternancias térmicas producidas entre el día y la noche; también se ve favorecida por los periodos de lluvia que desalojan la práctica totalidad del aire existente, que es absorbido de la atmósfera a medida que el agua va abandonando el suelo a través de la macroporosidad del mismo que es el dominio de los gases.

La importancia de la respiración de los organismos en la composición de la atmósfera del suelo, se pone de manifiesto por las diferencias estacionales que se observan en el contenido de dióxido de carbono, cuyos máximos corresponde a los periodos de máxima actividad. Estas diferencias se acrecientan en los suelos cultivados pues el efecto de la respiración radicular es el más intenso. Para un mismo año y terreno, los contenidos en dióxido de carbono llegan a cuadruplicarse en las áreas en que el suelo está cultivado respecto al que está en barbecho.

La importancia de la transformación de la materia orgánica en el contenido en dióxido de carbono del aire del suelo, se pone de manifiesto cuando comparamos las composiciones de suelos sometidos a una aplicación de enmiendas orgánicas con los no sometidos a las mismas.

4. PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS.

Son las que afectan a los fenómenos de superficie, especialmente a la interfase sólido-líquido. Muy relacionada con la presencia y distribución de los diferentes iones está la reacción del suelo. Es uno de los factores esenciales en la distribución de las diferentes especies vegetales sobre el planeta, pues cada una tiene unas preferencias determinadas en cuanto al valor del pH del suelo sobre el que habitan, así como unos hábitos nutritivos específicos cuya satisfacción por el suelo está muy condicionada por el pH. Recordemos los conceptos de acidófila, basófila, calcícola o calcífuga que se aplican a determinadas plantas y que marcan las preferencias por unos hábitats determinados.

5. ORGANISMOS DEL SUELO.

Los incontables miles de millones de microbios y otros organismos que habitan el suelo, no son propiamente constituyentes de éste pero forman parte integral e indispensable de todos los suelos fértiles. Las plantas superiores son

incapaces de utilizar los elementos en su forma orgánica compleja ni como minerales brutos. Los primeros tienen que ser desdoblados hasta materiales inorgánicos o minerales y los segundos tienen que ser solubilizados. Así los habitantes del suelo constituyen el eslabón necesario en muchos de estaos procesos y la ayuda es de valor incalculable.

5.1. FUNCIONES GENERALES.

Los procesos que intervienen en la descomposición de la materia orgánica, durante los cuales se forman nuevos compuestos, se los conoce como putrefacción, fermentación y descomposición. Estos mecanismos son de importancia singular, porque sin la presencia de los microbios y sus funciones, la materia orgánica se acumularía hasta un punto en el que todo el nitrógeno, fósforo, potasio, azufre y carbono combinados, estarían en forma inaprovechable, ya sea en combinación orgánica o como rocas o gases. Si los microorganismos del suelo, al atacar la materia orgánica, no librasen continuamente estos elementos tan importantes, poniéndolos en circulación de modo que puedan ser utilizados una y otra vez, pronto cesarían la vida animal y vegetal a causa del agotamiento de los elementos fácilmente aprovechables.

Una enorme variedad, verdadera legión de tipos microbianos habitan el suelo. Difieren, no precisamente en su apariencia, sino mas bien en sus hábitos vitales y en los procesos en los que toman parte. Estas formas de vida son tan pequeñas que no se observan a simple vista.

Desde un punto de vista energético, todos los organismos se enlazan en complejas redes tróficas cuyo depósito inicial de mayor energía es la materia orgánica que proviene del subsistema aéreo y que forma el "mantillo" y la de las raíces y sus exudados, incorporados directamente; hojas, troncos, frutos, ramas, raíces, cadáveres etc, son los principales sustratos para la descomposición. Este depósito es utilizado por los descomponedores en general: bacterias y hongos que mineralizan y producen el cambio necesario de materia orgánica a inorgánica: de "resto inútil" a "nutriente vegetal"; el resto de los organismos se divide entre una gran diversidad de saprófagos que fragmentan, mezclan y cambian la naturaleza física de la materia orgánica, favoreciendo su mineralización y un gran conjunto de depredadores que regulan los tamaños poblacionales de sus presas, influyendo en la velocidad de traspaso de energía a través de esta gran red. Como característica especial de esta trama trófica, la materia resintetizada a partir de restos orgánicos, vuelve tarde o temprano a engrosar el depósito inicial a causa de la muerte.

5.2. ORGANISMOS QUE VIVEN DENTRO DEL SUELO

Megabiotas comprende vertebrados, como serpientes, zorras, ratones, topos y conejos que sobre todo escarban el suelo para alimentarse o refugiarse.

Macrobiotas (diámetro > 2 milímetros) comprende invertebrados (por ejemplo: hormigas, termitas, ciempiés, lombrices, caracoles y arañas). Las raíces de las plantas son a menudo incluidas en estas biotas.

Mesobiotas (diámetro 0.1-2 milímetros), suelen vivir en los poros del suelo. Este grupo se compone de microartrópodos, como los ácaros, pseudoescorpiones y colémbolos.

Microbiotas (diámetro < 0.1 milímetros), son muy abundantes, están en todos lados y son muy diversos. Entre la microflora están las algas, bacterias, hongos y levaduras que pueden descomponer casi cualquier sustancia natural. La microfauna comprende nemátodos, protozoarios, turbelarios, tardígrados y rotíferos.

Hongos. bacterias y nemátodos. Los microorganismos también son importantes para la productividad vegetal, son las biotas más abundantes de los suelos y a ellos incumbe la regulación de los ciclos de la materia orgánica y los nutrientes, la fertilidad y restablecimiento de los suelos, y las buenas condiciones para el crecimiento de las plantas. Más de 90% de las plantas del mundo desarrollan una asociación simbiótica con uno de los 5 tipos de micorrizas, un hongo que actúa como extensión natural del sistema radicular de la planta. Esta asociación aumenta la capacidad de las plantas de absorver los nutrimentos, las protege contra los patógenos, y aumenta su tolerancia contra los agentes contaminantes y las condiciones adversas del suelo, tales como el estrés hídrico, el bajo pH y la alta temperatura del suelo.

La función de los seis géneros de la familia de bacterias Rhizobiaceae en la producción de leguminosas esta bien documentada. También se utilizan mucho en las regiones tropicales, sobre todo en Brasil y México, la asociacion de bacterias diazotróficas y endofiticas que no sólo fijan el nitrógeno de la atmósfera sino que modifican la forma e incrementan el número de pelos radiculares, ayudando así a las plantas a absorber más elementos nutritivos. La aplicación de estos organismos en inoculantes (sobre todo en el maíz, arroz, trigo y caña de azúcar) ha incrementado la producción agrícola "desde niveles insignificantes hasta casi el 100 por ciento".

Se han utilizado muchas especies y géneros de bacterias para favorecer el crecimiento de las plantas. Las que han dado mejores resultados son Agrobacterium radiobacter, utilizada para controlar el cáncer bacteriano en numerosas familias vegetales; Bacilus subtilus, que elimina la podredumbre de las raíces de los cereales, y diversos bacilos inoculadores que se usan en China en los cultivos de hortalizas.

La microfauna de los suelos además desempeña una importante función en la protección fitosanitaria. Los nemátodos se utilizan con buenos resultados contra una amplia variedad de plagas de insectos, entre ellos los gusanos blancos, otiorrincos, moscas de la fruta y sírices de la madera. La experimentación en invernaderos ha demostrado que los nemátodos además son eficaces para combatir diversos hongos patógenos a las raíces.

Con todo, el informe señala que la función de los microorganismos de los suelos en la agricultura sigue sin valorarse adecuadamente: " El uso excesivo y el mal uso de insumos externos, como fertilizantes inorgánicos y plaguicidas - conjuntamente con cultivos especializados o monocultivos - puede propiciar un considerable incremento en la producción general de alimentos, pero también agotan la fertilidad y los componentes biológicos

del suelo y degradan los elementos físicos de la tierra. Hace falta un planteamiento integral que tome en cuenta las repercusiones potenciales de la agricultura en la biodiversidad de los suelos, que mantenga la fertilidad de los suelos, la productividad y la protección de los cultivos, aprovechando al máximo las sinergias ecológicas entre los diversos elementos biológicos del ecosistema y mejorando la eficiencia biológica de los procesos que se dan en los suelos. Esto sería útil para la agricultura comercial moderna, y sobre todo en las tierras marginales en vía de degradación, en las tierras ya degradadas que necesitan saneamiento y en las regiones donde no es viable una agricultura que requiera abundantes insumos externos".

TIPO DE SUELO Características

AZONALES Inmaduros o brutos. Horizontes mal desarrollados

LITOSUELOSDelgados. Influidos por el tipo de roca madre debido a poca evolución temporal o desarrollo en grandes pendientes

REGOSOLES Sobre depósitos muy recientes: aluviones, arenas, dunas.

INTERZONALES Poco evolucionados. Condicionados por roca madre y mal drenaje

RANKER

Sobre rocas silíceas (granitos, gneises). Propio de climas fríos de montaña y fuerte pendiente. Suelo ácido pobre en carbonatos. Sin horizonte B

RENDSINA

Sobre rocas calizas en climas diversos. Poco espesor. Sin horizonte B. Es el equivalente al anterior en terrenos calcáreos.

SALINOS Ricos en sales. Climas secos. Escasa vegetación (halófitas). Pobre en humus.

GLEYZonas pantanosas. Horizontes inferiores encharcados en los que se acumula Fe que le da color "gris azulado"

TURBERASTerreno encharcado con abundante vegetación y exceso de materia orgánica. Suelo ácido.

ZONALES Suelos condicionados por el clima, que ha actuado largo tiempo. Son suelos maduros, muy evolucionados.

Alta lat. TUNDRA Vegetación escasa. Evolución lenta limitada al período estival.

Latitudes medias

Clima frío

PODSOLTierras grises o de cenizas. Asociados a bosques de coníferas (taiga). Rico en humus bruto. Suelo ácido y arenoso

TIERRA PARDA DE BOSQUE

En bosques de caducifolios. Rico en humus. Horizonte B poco desarrollado.

Climas templados

MEDITERRÁNEOS

Veranos secos. Asociados a bosques de encinas y arbustos. Pobres en humus y arcillosos por descalcificación de calizas. Destacan los suelos rojos mediterráneos o terra rossa.

CHERNOZIOM

Tierras negras de estepa. Climas continentales. Horizonte A muy desarrollado y rico en humus y óxidos de Fe. Suelos muy fértiles.

DESÉRTICOS

Poca materia orgánica, por lo que tienen un color claro. Presentan concreciones de carbonatos precipitados a partir de aguas capilares o caliches.

Latitud intertropical LATERITAS

Clima ecuatorial, cálido y muy lluvioso. Intensa meterorización química: suelos de gran espesor. Carecen de horizonte A por el lavado intenso. El horizonte B presenta hidróxidos de Fe y Al. Se forma una costra rojiza muy dura.

La clasificación del USDA (United States Department of Agriculture) reconoce varios órdenes de suelos, cuyos nombres se forman anteponiendo una partícula descriptiva a la terminación –sol 

ORDEN Características

  ENTISOLCasi nula diferenciación de horizontes; distinciones no climáticas: aluviones, suelos helados, desierto de arena...

  VERTISOLSuelos ricos en arcilla; generalmente en zonas subhúmedas a áridas, con hidratación y expansión en húmedo y agrietados cuando secos.

  INCEPTISOLSuelos con débil desarrollo de horizontes; suelos de tundra, suelos volcánicos recientes, zonas recientemente deglaciadas...

  ARIDISOLSuelos secos (climas áridos); sales, yeso o acumulaciones de carbonatos frecuentes.

  MOLLISOLSuelos de zonas de pradera en climas templados; horizonte superficial blando; rico en materia orgánica, espeso y oscuro.

  ALFISOLSuelos con horizonte B arcilloso enriquecido por iluviación; suelos jóvenes, comúnmente bajo bosques de hoja caediza.

  SPODOSOLSuelos forestales húmedos; frecuentemente bajo coníferas. con un horizonte B enriquecido en hierro y/o en materia orgánica y comúnmente un horizonte A gris-ceniza, lixiviado.

  ULTISOLSuelos de zonas húmedas templadas a tropicales sobre antiguas superficies intensamente meteorizadas; suelos enriquecidos en arcilla.

  OXISOLSuelos tropicales y subtropicales, intensamente meteorizados formándose recientemente horizontes lateríticos y suelos bauxíticos.

  HISTOSOLSuelos orgánicos. depósitos ogánicos: turba, lignito.... sin distinciones climáticas.

Horizontes del suelo

A A00    Hojas y residuos orgánicos sin descomponerA0      Residuos parcialmente descompuestosA1      Color oscuro por presencia de materia organicaA2      Color claro por efecto del lavado

A3-B1 Transición a A-B

B B2      Precipitación de sustancias lavadas de A

B3      Transición B-C

C C      Fragmentos y restos de meteorización de la roca madre

D     D      Roca madre sin alterar   

CAPITULO IV

CALIDAD DE AGUA DE RIEGO

1. GENERALIDADES

El tipo de agua que se utilice como agua de riego tiene dos efectos importantes:

A corto plazo influye en la producción calidad y tipo de cultivo A largo plazo ciertas aguas pueden perjudicar el suelo, hasta hacerlo

totalmente inservible para la agricultura.

Sea cual sea el origen del agua debe de cumplir la calidad que se exige a una agua de riego natural y únicamente en ciertas situaciones pueden variarse los márgenes establecidos, siempre que no afecte las propiedades del suelo.

Para la evaluación de la calidad de un agua de riego se han desarrollado índices empíricos que suponen una guía práctica y de uso generalizado.

2. PARÁMETROS DE CALIDAD DEL AGUA

El conjunto de parámetros a considerar en la evaluación de la calidad del agua de riego han de contemplar el conjunto de características físicas, químicas y biológicas que definen su adecuación. Habitualmente las determinaciones que se realizan al agua de riego son:

Parámetro de calidad   símbolo   unidad                               intervalo usual

Salinidad

Contenido en sales

Conductividad eléctrica       CEa a 25 ºC                µS/cm                0-3000

                                    CEa a 25 ºC dS/cm 0-3

Materia disuelta total MDT                    mg/ l 0-2000

Cationes y aniones

Calcio                         Ca2+ mg/l           0-400

Magnesio          Mg2+   mg/l 0-60

Sodio Na+    mg/l 0-900

Carbonatos CO2H3 mg/l 0-3

Bicarbonatos HCO3- mg/l 0-600

Parámetro de calidad   símbolo   unidad                               intervalo usual

Cloruros ClH mg/l   0-1100

Sulfatos SO2H4 mg/l 0-1000

Diversos

Boro B mg/l 0-2

pH pH 6.5-8.5

SAR SAR 0-15

Los datos presentados son, en principio, suficientes para evaluar la idoneidad de un agua de riego y tener en cuenta los posibles problemas que este agua pueda causar al suelo o a las plantas pero en algunos casos cuando se sospecha de una anomalía en el agua es importante la determinación de otros parámetros como: el contenido en metales pesados y boro ( por su incidencia en la cadena trófica y su alta toxicidad ), los sólidos en suspensión ( pueden condicionar el tipo de riego ), los detergentes ( para evitar problemas en las conducciones y en las superficies activas del suelo); si se realiza la preparación de soluciones nutrientes, para la fertirrigación, se han de analizar además de los iones habituales otros como: hierro, manganeso, cobre, nitratos y fosfatos, a fin de tener en cuenta sus concentraciones en el agua de riego y su incidencia sobre la nutrición de los cultivos.

Por todo esto pueden ser interesantes análisis adicionales que contemplen los siguientes parámetros:

2.1. ELEMENTOS NUTRITIVOS ( mg/ l )

Nitratos, amoníaco, nitrógeno orgánico, potasio, nitrógeno total, fósforo ortofosfato, fósforo total.

2.2. CLORO RESIDUAL ( mg/ l )

2.3. MICROELEMENTOS

Aluminio, arsénico, bario, cadmio, cromo, cobre, fluoruros, hierro, plomo, litio, manganeso, mercurio, níquel, selenio, plata, Vanadio y Zinc

Antimonio, berilio, cobalto, molibdeno, talio, estaño, titanio y tungsteno ( este segundo grupo sólo si se sospecha su presencia ).

El análisis de los microelementos es interesante realizarlo una vez antes del inicio de las operaciones de riego y posteriormente para realizar un

seguimiento periódico de aquellos elementos presentes en cantidades importantes y significativas.

Estos análisis adicionales serán muy importantes cuando se usen aguas residuales municipales regeneradas. La calidad de un agua residual municipal tratada depende de la calidad del agua de abastecimiento público de la cual proviene, de los tipos de residuos que se le añadan con el uso y del grado de tratamiento que recibe. En general, si el agua de abastecimiento es de buena calidad para el riego y no se añaden contaminantes inaceptables, el agua residual que se obtiene será aceptable para el riego, aunque de calidad un poco deteriorada.

3.3 TEMPERATURA DEL AGUA

La variación de la temperatura tiene incidencia sobre diferentes parámetros físico-químicos que, a su vez, pueden afectar la calidad de las aguas de riego. Los factores a tener en cuenta son derivados de los sistemas de riego, de las condiciones del cultivo y de la variación de temperatura diaria y estacional.

 La solubilidad de las sales varía irregularmente en función de la sal de que se trate. La solubilidad de muchas sales aumenta con la temperatura. En cambio, en algunos sulfatos y carbonatos alcalinotérreos, un cambio en las formas cristalinas y estables conduce a una disminución de solubilidades con el aumento de la temperatura. Consideramos, por último, que los bicarbonatos son inestables y se descomponen con el aumento de temperatura del agua, dando lugar a carbonatos y dióxido de carbono

 El agua de riego actúa sobre las temperaturas del suelo, substratos y de la planta modificando su régimen térmico, en uno u otro sentido, en función de la época de aplicación del riego y del origen del agua utilizada. La temperatura del agua   influye en la infiltración superficial y en algunos casos en la facilidad de humectación de algunos substratos orgánicos como la torva, por lo que en ocasiones es necesario construir balsas y albercas con la finalidad de regar cuando el suelo esté frío o el agua más caliente.

4. LA SALINIDAD

El uso doméstico produce un incremento en el contenido en sales propio del agua de abastecimiento usada que suele estar  entre 150-400 mg/ l. Este aumento no se altera con la depuración y eso hace que las aguas residuales puedan presentar problemas de salinidad.

 El término salinidad representa la cantidad y el tipo de sales disueltas en el agua de riego y su valor se determina mediante la medida de la conductividad eléctrica de la solución. La conductividad eléctrica aumenta en aumentar la salinidad de la solución.

 A medida que aumenta la salinidad del agua utilizada para regar también lo hace la posibilidad de que aparezcan problemas en el suelo, en el agua o en el cultivo agrícola como consecuencia de los efectos osmóticos que la alta

concentración salina provoca (en las zonas radiculares afecta al flujo de agua en el sistema suelo-planta). Estos problemas pueden guardar relación con el contenido total de sales, con el contenido de uno o varios tipos de sales o con concentraciones excesivas de uno o varios microelementos. Es, pues, uno de los parámetros individuales más importantes para determinar la idoneidad de un agua de riego.

 Siempre que se riega se aportan sales al suelo, lo que se debe  tener en cuenta es la acumulación que se dé éstas, la cual depende de la cantidad de sales aportadas por el agua de riego y de la cantidad de sales eliminadas por el lavado del suelo. A largo plazo las sales aportadas han de igualar las sales eliminadas. La eliminación se facilita por el hecho que la mayoría de sales que se aportan con una agua de riego son solubles y por tanto se arrastran fácilmente con el agua que el cultivo un utiliza de un riego, y que de esta manera lava el suelo (es importante un buen drenaje para un movimiento continuo del agua y de las sales). Establecer un flujo descendente tanto de agua como de sales, a través de la zona radicular es la única manera de resolver el problema de la salinidad.

La gestión del riego y, por tanto, la determinación de la fracción de lavado adecuada, variará mucho según el grado de capacidad de drenaje del suelo; en casos de salinidad fuerte la gestión será intensa y puede dar lugar a decisiones que supongan hasta un cambio en el cultivo utilizado, ya que en ciertos cultivos estas aguas pueden suponer reducciones de productividad importantes incluso utilizando la mejor técnica de gestión posible.

En general se puede decir que pueden presentarse problemas por salinidad del agua de riego cuando la conductividad eléctrica es superior a 2 dS/ m. Esta conductividad eléctrica corresponde a un contenido aproximado de sales de1.3 g/ l. Valores de conductividad eléctrica superiores a 3 dS/m (equivalente a unos 2 g/l) producen  disminuciones importantes de producción en la mayoría de casos.

 Las aguas residuales tienen un contenido en sales variable que oscila, en general, entre 2-4 dS/ m. Así pues pueden presentar problemas por salinidad si se utilizan estas aguas y no se produce una lixiviación importante sales con el  riego o las lluvias.

 Otro parámetro importante y base para evaluar la acumulación de sales en el suelo, debida a la evapotranspiración el agua del suelo y no la propia concentración de sales del agua de riego es el total de sales disueltas (TSS).Nosotros incorporamos con el agua de riego una cantidad de sales disueltas que se concentraran mucho más en el suelo como consecuencia de la evapotranspiración a la que está sometida esa solución una vez retenida en la matriz del suelo.

 El uso prolongado de agua residual regenerada para regar no es posible si no se dispone de un drenaje adecuado. En las condiciones características de la mayoría de suelos, la utilización de una cantidad de agua residual superior a la necesaria tanto para el crecimiento normal de la planta como para el lavado del suelo dará lugar al desarrollo de una capa freática próxima a la superficie que será una fuente adicional e importante de sales.

5. LA RELACIÓN DE ABSORCIÓN DE SODIO (SAR)

La relación de absorción de sodio (SAR) es un parámetro que refleja la posible influencia del ion sodio sobre las propiedades del suelo, ya que tiene efectos dispersantes sobre los coloides del suelo y afecta a la permeabilidad. Sus efectos no dependen sólo de la concentración en sodio sino también del resto de cationes. Se basa en una fórmula empírica que relaciona los contenidos de sodio, calcio y magnesio y que expresa el porcentaje de sodio de cambio en el suelo en situación de equilibrio (este índice denota la proporción relativa en que se encuentra el sodio respecto al calcio y magnesio, cationes divalentes que compiten con el sodio por los lugares de intercambio del suelo).

 Si en el agua predomina el Ion sodio, inducirá cambios de calcio y magnesio por sodio en el suelo, lo que podría llevar a la degradación de éste, con la consiguiente pérdida de estructura y permeabilidad.

 En la valoración del SAR no se tiene en cuenta la interacción entre los constituyentes del agua de riego, los constituyentes sólidos del suelo y los de la solución del suelo, de forma que se ha amplificado con exceso la incidencia negativa del sodio en el suelo, considerando que el valor del SAR en la solución del suelo, en el perfil superior, es el mismo que el del agua que se usa  para regar. Esta consideración no es del todo cierta ya que por una parte, el agua de riego disolverá o precipitará carbonatos alcalinotérreos cuando se adicionen al suelo, se concentraran o se establecerán nuevos equilibrios en el sistema del suelo; y  por otra parte se producirán procesos de meteorización de los minerales del suelo. Todo esto afectará el contenido en calcio en el agua intersticial y por tanto tendrá un efecto diferente sobre los lugares de cambio respecto el sodio y el magnesio. Por todo esto un ajuste en el cálculo de la SAR suele ser necesario para la evaluación de la calidad de ciertas aguas, es la SAR ajustada:

donde las concentraciones de Na y Mg, expresadas en meq/ l, se obtienen del análisis del agua y la concentración de Cax, en meq/ l, se deduce de la tabla que aparece a continuación. Para utilizar esta tabla es necesario conocer la conductividad eléctrica ( CE ) del agua en dS/ m, y el cociente concentraciones de bicarbonato y calcio, expresadas en meq/ l. Estos parámetros nos permitirán estimar la concentración de calcio en la interfase suelo-agua suponiendo que: 1) se han conseguido las condiciones de equilibrio, 2) no hay precipitación de Mg y 3) la presión parcial de CO2, es de 0.0007 atmósferas.

La determinación de la SAR ajustada es importante cuando se utilizan aguas residuales regeneradas ya que estas suelen tener un valor de SAR notablemente superior al de las aguas convencionales.

6. FITOTOXICIDAD DE IONES ESPECÍFICOS

Este tipo de toxicidad se presenta cuando el Ion es asimilado y acumulado en los tejidos de la planta hasta niveles que puedan ocasionar daños o reducir su productividad. Cuando se utilizan aguas residuales para regar, los iones presentes que más preocupan son el sodio, los cloruros y el boro. De estos la toxicidad de mayor incidencia es la del boro y la de los cloruros.

 Elevados contenidos en sodio pueden afectar a las plantas y también producir problemas de permeabilidad en los suelos. El efecto perjudicial del sodio se puede contrarrestar con elevados contenidos en calcio en el suelo. Algunos de los cultivos más sensibles al sodio son el almendro, la palta, los frutales de hueso y los cítricos. Contenidos foliares de sodio superiores a0.3-0.5 % (sobre peso seco) suelen indicar problemas de toxicidad en la mayoría de árboles fruteros y cítricos.

Respecto a los cloruros en general aguas con un contenido de cloruros inferior a 140 mg/ l no presentan problemas, de 140 a 350 mg/ l los problemas aumentan y los valores superiores a 350 mg/ l pueden ocasionar problemas de toxicidad graves. Estos valores son orientativos y el problema se puede más o menos resolver impidiendo la acumulación de cloruros en el suelo manteniendo una fracción de lavado adecuada. Niveles de cloruros en las hojas de los cítricos superiores a 0.5-0.1% (sobre peso seco) indican posibles problemas de toxicidad por cloruros. Cuando se utiliza riego por aspersión el contenido en cloruros del agua ha de ser inferior a 100 mg/ l para evitar posibles problemas de fitotoxicidad.

 Normalmente los cloruros y el sodio están asociados de forma que los meq de cloruros frecuentemente son aproximadamente iguales a los de sodio. El

contenido en cloruros y sodio aumenta durante el uso doméstico del agua, especialmente cuando se utilizan ablandadores de agua.

 La toxicidad de mayor incidencia es la debida al boro. Las fuentes más comunes de boro son los detergentes domésticos y los vertidos de instalaciones industriales.

 En el caso de cultivos sensibles a esta toxicidad es de difícil corrección y se debería variar el tipo de cultivo suministro de agua, y aún se acentúa más el problema en condiciones climáticas de elevada temperatura. Además también influye la técnica de riego utilizada; la fitotoxicidad. del sodio y de los cloruros se manifiesta a concentraciones inferiores si es riego es por aspersión y en riegos nocturnos.

La presencia excesiva de iones de sodio, cloruros y sulfatos pueden además tener efectos negativos sobre el suelo.

7. PERMEABILIDAD DEL SUELO

Las sales de sodio presentes en el agua pueden afectar a la estructura del suelo, reduciendo la velocidad de infiltración del agua en el terreno y la capacidad de aireación. Si la velocidad de infiltración se reduce mucho puede ser difícil el suministro adecuado de agua dándose además la formación de costras, crecimiento excesivo de hierbas, deficiencia de oxigeno, etc. que muestran la débil estructura del suelo.

 Los sistemas de riego con agua residual regenerada suelen encontrarse en suelos de menor calidad, que tienen permeabilidades no suficientemente buenas o que tienen dificultades de gestión por lo que dan más problemas.

 Los problemas de permeabilidad suelen presentarse en los primeros centímetros de la superficie del suelo y se deben principalmente a un contenido relativamente alto de iones sodio o a un contenido relativamente bajo de iones calcio, tanto en esta zona del suelo como en el agua de riego. El contenido en calcio de un suelo puede llegar a reducirse excesivamente por el uso del agua de baja salinidad que disuelve y arrastra el calcio por el agua de riego de alto contenido en sodio, que desequilibra la proporción relativa de sodio y de calcio.

Para poder evaluar los posibles problemas de permeabilidad se usan la SAR y la CE conjuntamente.

 Normalmente las aguas residuales regeneradas tienen concentraciones de sales y calcio suficientemente altas como para no dar problemas ante la posibilidad que el agua disuelva o arrastre demasiado calcio de la superficie del suelo. En cambio estas aguas tienen concentraciones relativamente altas de sodio, que aumenta el valor de la SAR y supone un problema en los proyectos de reutilización de agua residual.

8. MICROELEMENTOS

Se consideran microelementos todos aquellos elementos químicos presentes normalmente en un agua de riego o en el agua del suelo en concentraciones inferiores a unos cuantos mg/ l y, normalmente en concentraciones inferiores a

µg/ l. Alguno de estos elementos son esenciales para el crecimiento de las plantas, en cambio, en cantidades excesivas reducen el crecimiento, provocan acumulaciones indeseables en los tejidos y llegan a alterar irreversiblemente el metabolismo vegetal.

La aplicación en exceso de elementos traza puede llegar a contaminar eventualmente los suelos, pudiendo reducir de forma importante su productividad o producir cosechas inaceptables. La toxicidad causada por estos elementos guarda relación con determinadas técnicas de gestión agrícola.

De la siguiente tabla los valores de la columna A constituyen los límites a los que se deberían esperar efectos desfavorables en las plantas o en el suelo, cuando una zona determinada se riega con agua de esta calidad. La columna B se refiere a las concentraciones que llegará a tener el suelo (textura fina y ph 6.0-8.5) después de regar con agua de la concentración máxima recomendada.

Microelemento A B

Al (aluminio) 5.0 20.0

Observaciones: Puede provocar falta de productividad en suelos ácidos,

ph <5.5,

Observaciones: Aunque suelos  más alcalinos precipitaran el ion y eliminaran cualquier toxicidad.

As (arsénico)         0.10                    2.0             

Observaciones: Su fitotoxicidad varía ampliamente, entre 12mg/ l para la hierba del Sudán hasta menos de 0.5 mg/ l para el arroz.

Be (berilio) 0.10 0.5

Observaciones: Su fitotoxicidad varía ampliamente entre 5 mg/ l para la col rizada hasta 0.5 mg/ l para las judías verdes.

Cd (cadmio)             0.01                     0.05

Observaciones: Es tóxico para las judías, la remolacha y los nabos a concentraciones tan bajas como 0.1 mg/ l en disolución. Los límites recomendados son conservadores debido a su capacidad para acumularse en el suelo y en las plantas hasta concentraciones que pueden ser perjudiciales para las personas.         

Co(cobalto)        0.05                   5.0

Observaciones: Es tóxico para la planta del tomate a una concentración de 0.1 mg/ l en disolución. Suele ser inactivado por suelos neutros o alcalinos.

Microelemento A B

Cr (cromo)        0.1                             -  

Observaciones: No está considerado como un elemento esencial para el crecimiento. Los límites recomendados son conservadores debido a los escasos conocimientos sobre su fitotoxicidad.

Microelemento A B Cu ( cobre)  0.2 15.0  

Observaciones: Es tóxico para diversas plantas a concentraciones entre 0.1 y 1.0 mg/ l en disolución.

F ( fluoruros) 1 15.0 

Observaciones: Es inactivado por suelos neutros o alcalinos.

Fe (hierro)           5                             20.0

Observaciones: No es tóxico para las plantas en suelos aireados, pero puede contribuir a la acidificación del suelo y a la disminución del fósforo y molibdeno, elementos esenciales para las plantas. El riego por aspersión elevado puede dar lugar a depósitos desagradables en las plantas, los equipos y los edificios.

Li ( litio)              2.5                          2.5

Observaciones: Es tolerado por la mayoría de los cultivos hasta 5 mg/ l; es un elemento móvil en el suelo. Es tóxico para los cítricos a concentraciones superiores a 0.075 mg/ l. Actúa de forma similar al boro.     

Mn  (manganeso) 0.2 10.0

Observaciones: Es tóxico para diversas plantas a concentraciones entre unas décimas y unos miligramos por litro, aunque principalmente en suelos ácidos.

Mo (molibdeno)   0.01 0.05

Observaciones: No es tóxico para las plantas  a las concentraciones normalmente presentes en el suelo y en el agua. Puede ser tóxico para el ganado cuando el forraje se cultiva en suelos con elevadas concentraciones de Molibdeno disponible.

Ni (níquel)        0.2                           0.2

Observaciones: Es tóxico para diversas plantas a concentraciones entre 0.5 y 1.0 mg/ l; su toxicidad disminuye a ph neutro o alcalino.

Pb (plomo) 510.0

Observaciones: Puede inhibir el crecimiento de las células vegetales a concentraciones muy elevadas.        

Se (selenio)       0.02                           0.02

Observaciones: Es tóxico para las plantas a concentraciones tan pequeñas como 0.025 mg/ l, y para el ganado cuando el forraje se cultiva en suelos con niveles relativamente alto en selenio añadido. Es un elemento esencial para el crecimiento de los animales, pero en concentraciones muy pequeñas.     

Microelemento A B

Sn (estaño)                                  -                                  -                            Observaciones: Las plantas lo rechazan de forma eficaz; su tolerancia específica es desconocida.        

Ti (titanio)      

Observaciones: Comportamiento similar al estaño.  

W (tungsteno)                               -                                  -                           Observaciones: Comportamiento similar al estaño. 

V (vanadio)   0.1                            1.0

Observaciones: Es tóxico para muchas plantas a concentraciones relativamente bajas.        

Zn (zinc)        2                              10.0   

Observaciones: Es tóxico para muchas plantas a concentraciones muy variables; su toxicidad disminuye a ph> 6.0 y en suelos con textura fina o de carácter orgánico.

La concentración máxima  o columna A se ha basado en una tasa de riego que sigue buenas prácticas agronómicas, es decir 12000m3/ ha/año. Si la tasa de riego excede este valor la concentración máxima debe disminuirse de forma proporcional. No hace falta realizar ningún ajuste cuando las tasas de riego sean inferiores a la indicada los valores recomendados corresponden a la fuente de abastecimiento de agua utilizada para regar de forma continuada en un lugar.

Mientras las concentraciones se mantengan por debajo de estos niveles recomendados ninguno de los elementos presentados son fitotóxicos y por tanto el agua de riego que presente estas características puede considerarse satisfactoria para el riego continuado de cualquier tipo de cultivo en cualquier tipo de suelo. Si se sobrepasan los niveles recomendados no tiene porque aparecer una fitotoxicidad inmediata sino que los elementos indicados son retenidos o adsorbidos fácilmente en la tierra donde se van cumulando; el uso continuado de agua de estas características podría suponer un aumento progresivo de estos elementos en el suelo hasta llegar a niveles que producirán fitotoxicidad. Estos límites recomendados pretenden asegurar que el suelo donde se use agua residual regenerada para regar, pueda ser después ser usados para el desarrollo de cualquier otro cultivo. Por esto se han de considerar estos límites como máximos de las concentraciones medias, pero a largo plazo ya que puede ser necesario a corto plazo sobrepasar las

concentraciones máximas establecidas o los caudales normales de riego y que después se ajustaran.

Estos datos se han elaborado bajo la voluntad de mantener rentables a largo plazo las condiciones del suelo y los cultivos; los beneficios a corto plazo de aplicar caudales adicionales de agua residual no justifican la degradación que sufriría el suelo y los recursos hidráulicos

9. ELEMENTOS NUTRITIVOS

Proporcionan una aportación de fertilizantes a las plantas. Si la aportación adicional sobrepasa las necesidades de la planta puede llegar a causar problemas relacionados con crecimientos vegetativos excesivos, maduración tardía o desigual de los frutos, o una calidad inferior de éstos. Es importante, pues, verificar la aportación de nutrientes en el agua y tenerlos en cuenta a la hora de establecer el programa de fertilización.

9.1. EL NITRÓGENO

La concentración de nitrógeno en una agua residual así como las especies en que éste se encuentre (nitrógeno amoniacal, nitratos y/ o nitrógeno orgánico), dependen del tipo y grado de tratamiento que ha sufrido este agua. A pesar de esto en una agua residual tratada las formas mayoritarias de nitrógeno son amoniacales y orgánicas.

 Es un elemento esencial para las plantas que forma parte de gran numero de compuestos orgánicos; en cambio una aportación excesiva puede producir importantes desequilibrios nutricionales (que se traducen en crecimientos excesivos, retraso de la época de maduración, pérdida de calidad de las cosechas, etc. ). Puede darse también un déficit de nitrógeno que obligaría a una aportación complementaria mediante fertilizantes agrícolas para poder así atender las necesidades del cultivo. El nitrógeno contenido en una agua residual regenerada y que llega al cultivo a través del agua de riego es esencialmente idéntico al nitrógeno contenido en los fertilizantes agrícolas, aunque más difícil de controlar. Un problema adicional del aporte de nitrógeno a través del agua residual es que la demanda de nitrógeno y de agua puede no coincidir en el tiempo: en la mayoría de cultivos la demanda de nitrógeno es baja en la fase inicial del cultivo, aumenta durante la fase de crecimiento y vuelve a ser baja en la fase final del cultivo, la demanda de agua aún puede ser alta en la fase en que la planta ha completado su desarrollo.

 El exceso de nitrógeno, además de ser perjudicial para las plantas, aumenta la lixiviación de nitrato y la contaminación de las aguas subterráneas.

9.2. EL FÓSFORO

Es otro elemento esencial para las plantas. La aportación de fósforo se acumula gradualmente en el suelo disminuyendo la necesidad de aportaciones complementarias de este fertilizante en años sucesivos. Hasta ahora el exceso de fósforo en el suelo no ha representado ningún problema y no se ha

establecido ninguna directriz para evaluar su concentración. A pesar de todo se debe analizar el agua y el suelo para planificar la gestión de este fertilizante.

9.3. EL POTASIO, EL CALCIO Y EL MAGNESIO

Estos iones suelen encontrarse en cantidades variables en las aguas, siendo el calcio el más abundante y el potasio que se encuentra en muy pequeñas cantidades aunque normalmente los niveles de potasio en el suelo suelen ser correctos por lo que una aportación de potasio por el riego no mejora generalmente la producción por hectárea o la calidad de los cultivos. Dado que son elementos esenciales, des del punto de vista de nutrición de las plantas, su presencia en el agua es beneficiosa llegando a aportar cantidades considerables de estos elementos y sobretodo de calcio.

9.4. ZINC

El zinc es un elemento nutritivo considerado como beneficioso para suelos deficitarios en este elemento, aunque no han de  sobrepasarse los niveles antes indicados.

9.5. EL AZUFRE

El contenido en azufre del agua residual regenerada es suficiente como para corregir el posible déficit del suelo.

9.6. EL BORO

Un exceso de boro en los suelos puede reducir la producción por hectárea de los cultivos

CAPITULO V

AGROLOGIA

1. GENERALIDADES

Dentro de su evolución científica, esta disciplina ha desarrollado plantas y variedades de cultivos más perfectas, adaptadas a sus necesidades. Ha concebido prácticas idóneas para utilizar el agua, los fertilizantes y los plaguicidas del modo más eficaz posible con el objeto de aumentar la producción agrícola. Al disponer de agua en cantidad limitada, ‚esta ha pasado a ser el recurso natural más valioso en casi todas las regiones del mundo. Resulta entonces imperativo llegar a proponer cédulas de cultivo adecuadas al tipo de clima y que a su vez minimicen el consumo de agua.

2. CEDULA DE CULTIVO

Es una relación o tabla de cultivos posible de un valle de acuerdo a sus condiciones de clima, suelos y experiencia en regiones similares. Puede estar conformado por cultivos permanentes (periodo vegetativo mayor de un año) y temporales (periodo vegetativo de algunos meses).

En el Cuadro se presenta la cédula de cultivo, para el año de estabilización de una irrigación. Esta se ha subdividido en cultivos bases y cultivos de rotación, donde se muestra la cantidad de hectáreas para cada variedad, así como su periodo de crecimiento.

3. DEMANDA HIDRICA PARCELARIA

3.1 USO CONSUNTIVO

Se define como la suma de la evapotraspiración y el agua utilizada directamente para construir los tejidos de las plantas.

Calculada la evapotraspiración potencial por el método de Blaney - Criddle: f= p (t+17.8)/21.8

f = Evapotraspiración potencial en cm.p= porcentaje de iluminación del sol con respecto a la anual, en porcentajet= temperatura media mensual en C°. Enerof= 9.12*(19.70+17.80)/21.8 = 15.68 cm.

El uso consuntivo mensual estará  dado por:

u = Kc*f

u = Uso consuntivo mensual en cmkc = Coeficiente empírico mensual según el tipo de cultivo y su estado de desarrollo

Cebolla, Enero, kc=1.05u=15.68*1.05 = 16.47 cm.

En el Cuadro se muestra el uso consuntivo mensual para una cédula de cultivo.

3.2 USO CONSUNTIVO MENSUAL TOTAL

Expresado matemáticamente por:

ut = u * N° Hau = Uso consuntivo mensualN° Ha = Número de hectáreas por cultivo

En el cuadro se detallada los cálculos para cada cultivo durante su período de crecimiento, así como los totales mensuales para toda la cédula.

Ut=16.47cm*2000 ha.1M/100*10000 M2/1ha*1MM3/1000000 M2/ = 3.294 MM3

4. EFICIENCIA DE DISTRIBUCION PARCELARIA

Para algunos investigadores, la eficiencia de distribución consiste en tomar en cuenta las diversas fases de conducción y aplicación del agua (Ec), la eficiencia de conducción de las acequias (Eb) y la eficiencia de aplicación del agua en el campo (Ea), la eficiencia global del proyecto ser  entonces:

Ep = Ec. Eb. Ea

Para el ejemplo, se ha tomado valores que se presentan en irrigaciones de la misma magnitud y con una adecuada tecnificación parcelaria.

Ep = 0.90 * 0.95 * 0.85

Ep = 0.726La demanda hídrica parcelaría resulta de dividir el uso consuntivo mensual total para el mes más desfavorable con la eficiencia global del proyecto.

Para Enero:

Demanda de Agua=26.79327 MM3/mes*1mes /31dias *1dia /86400 seg.*1000000 M3/1 MM31= 10.003 M3

/seg

Demanda Hídrica parcelaria Enero = 10.003 M3 /seg/0.726 = 13.778 M3 /seg

CAPITULO VI

SELECCION DEL TIPO DE REVESTIMIENTO

1. GENERALIDADES

El revestimiento de canales, lo constituye una capa de materiales que se agrega sobre el terreno recortado con la forma de diseño, que sirve como superficie de contacto con el agua de modo de controlar las perdidas por filtración y el valor de resistencia del flujo.

Contribuye a mantener las dimensiones del canal, para evitar la erosión de sus paredes, de modo que no cambien las condiciones planteadas para su funcionamiento, así como sostener una mayor velocidad que aquella que puede soportar el terreno natural.

Entre los factores que afectan los revestimientos tenemos los naturales, debido a que los suelos pueden tener una acción física o mecánica, que se refiera a la estabilidad de los taludes y una acción química de corrosión y/o desintegración por presencia de elementos químicos como las sales; el clima cuyos agentes principales son los cambios de temperatura que producen contracciones y dilataciones en los revestimientos, originando en el caso de elementos rígidos, agrietamiento por donde se filtra el agua, que además de perdidas de la misma, crea condiciones negativas, en la estabilidad y conservación de las estructuras del canal, más aún si llega a congelarse.

Además se tiene otros factores condicionantes como las condiciones hidráulicas, debido a que el tirante el ancho superficial y el perímetro mojado que influyen principalmente en la menor o mayor infiltración y perdida de agua; y la velocidad del agua que puede ser tan alta, como para erosionar las paredes del canal por los efectos erosivos de los elementos sólidos que transporte, o tan baja que permita la sedimentación de esos sólidos.

La disponibilidad de una gran variedad de materiales de construcción nos permite seleccionar, el más adecuado de acuerdo a muchas condiciones, para el estudio planteado, se va a realizar los cálculos hidráulicos, para canales revestidos con concreto y mampostería de piedra, de manera que posibilite encontrar el revestimiento más adecuado.

2. CALCULO DE LAS PERDIDAS

2.1. PERDIDAS POR INFILTRACION

- Método de la U.S. Bureau of ReclamamationSe realiza mediante el uso de la fórmula de Morítz, que expresa que la perdida en m3 / s-Km., de acuerdo a:

P= 0.0375 C Q 1/2/ V 1/2 Q = Gasto del canal en m3 /sV = Velocidad Media del agua m / seg.C = Coeficiente de perdida de agua que depende del material

0.1 = Concreto - 0.15 = Mampostería de Pierda

2.2. PERDIDAS POR EVAPORACION.

El cálculo de las perdidas por evaporación se toma como base, la ecuación hallada para, una región similar, que es:

E = 0.7 * ε * T * L / 86400 / NE = Evaporación en m3 /s.

T = Espejo de aguaε = Evaporación en mmL = Longitud del tramoN = Número de días del mes con mayor evaporación

3. SIMULACION HIDRAULICA.

La simulación hidráulica es el proceso, mediante el cual se trata de cuantificar las perdidas por infiltración y evaporación de acuerdo al trazo del canal de conducción. En el cuadro se muestra, un ejemplo practico de los cálculos realizados para la simulación.

4. SELECCIÓN DEL REVESTIENTO

La selección del tipo material y espesor del revestimiento dependerá de:

- Caudal disponible: Es decir de acuerdo al caudal que es necesario captar. Se realiza la simulación para los tipos de revestimiento, se calculan las perdidas de agua y se compara con la disponibilidad de agua de la cuenca y/o con la

que se está autorizado a captar, sin causar ningún perjuicio al medio ambiente, aguas abajo de la captación.

- Propiedades de los suelos : Como la estabilidad y químicas del terreno donde se construye el canal, pues de presentarse un suelo demasiado agresivo, podría generar fisuramiento del canal, además de que la longitud total del canal considerando banqueta, ancho del canal y berma, si es muy grande puede comprometer la estabilidad de los taludes circundantes.

- El clima: Algunos revestimientos debido a los cambios volumétricos por efecto de la temperatura, no son capaces de resistir sin agrietarse estos cambios.

- Disponibilidad de materiales: Incidirá en costo de la obra, siempre será más favorable optar, por un revestimiento que utilice materiales de la zona.

- Costos de la Obra: El costo de materiales, mano de obra, determina el tipo de revestimiento a colocar, siempre y cuando las premisas anteriores han sido cumplidas y puedan comportarse adecuadamente desde el punto de vista hidráulico durante toda su vida útil.

La disponibilidad de agua en la cuenca, a veces determina el tipo de revestimiento a utilizar, pues al realizar la simulación hidráulica, nos dará el caudal necesario a captar el que será comparado con el caudal que la cuenca es capaz de aportar al 85 % de persistencia.

CAPITULO VII

DISEÑO DE CANALES ABIERTOS

1. CANAL ABIERTO: Es un gran tubo de corriente limitado, por los contornos sólidos del canal y la superficie libre, sometida a la presión atmosférica.

a) Sección Transversal: Puede ser normal (perpendicular al fondo del canal) o vertical.

* Cuando el canal es de pendiente muy pequeña la vertical y la normal coinciden.

b) Pendiente del Canal (So): Perfil longitudinal del fondo

Para pendientes –hasta 8°- muy pequeñas los valores de la tangente y el seno, son aproximados.

c) Área Sección Transversal (A): Es el área ocupada por el flujo en toda la sección.d) Perímetro Mojado (P): Es el perímetro de la frontera rígida del canal que tiene contacto con el flujo, ó toda la frontera del canal, que es mojada por el escurrimiento.e) Tirante del Flujo: (y) Es la profundidad de flujo, en la sección de canal.f) Solera (b): (Ancho) Es la distancia de un extremo a otro, en la sección transversal de un canal. Medida en el fondo.g) Ancho Superior (B): Es la distancia de un extremo a otro en la sección transversal de un canal, en la superficie libre de flujo.h) Talud (Z): Proporción de cambio horizontal a vertical de la pared de un lado del canal.i) Radio Hidráulico ( R ): Se define como la relación entre el área A y el perímetro mojado P.

2. IMPORTANCIA DEL NUMERO DE FROUDE:

El mecanismo primario, para sostener un flujo en un canal abierto es la fuerza gravitacional, el parámetro que representa este efecto gravitacional es el número de Froude.

Para un canal Rectangular h = y

Para un canal de sección irregular h = D, que es la profundidad hidráulica definida por:

Si conocemos la magnitud del número de Froude, podemos constatar características significativas relacionadas con el régimen de flujo.

F < 1 Flujo subcrítico

F = 1 Flujo crítico

F > 1 Flujo supercrítico

3. FLUJO UNIFORME:

Velocidad y la profundidad no varían longitudinalmente

Sección Regular: Forma no varía, a lo largo del canal

Sección Rectangular Sección Trapezoidal Sección Triangular

Area: A: A:

Perímetro: P: P:

Sección Rectangular Sección Trapezoidal Sección Triangular

Radio Hidráulico: R

A by by + Zy2 Zy

R= -------=------- R = --------------------- R = ---------------

P b+zy b+2y 2

Solera: b b = b b = 0

Ancho superficial: B B = b + 2Zy B = 2Zy

Profundidad Hidráulica:

A by by + Zy2 Z y2 y

D = ----= ---------- = y D = ------------- D = ------ = -----

B b b+2Zy 2Zy 2

4. ECUACIONES DE RESISTENCIAS

Debido a la gran cantidad de factores envueltos, en el flujo a superficie libre, no existe una educación universal de fricción.

La mayoría de los autores, consideran tres factores básicos:

- Pendiente del canal- Una magnitud geométrica del canal (generalmente radio hidráulico).- Rugosidad de las paredes.

No obstante, existen otros factores que influyen en la resistencia al flujo, entre ellos:

- Distribución de velocidades.- Forma de sección- Distribución de esfuerzos cortantes.

4.1. FORMULA DE CHEZY (1769)

V = Velocidad media del flujo (m/s)

R = Radio hidráulico (m)

S = Pendiente línea de energía, adimensional

C = Factor de Resistencia

Chezy planteo su fórmula, como respuesta a la necesidad de diseñar un canal, para el abastecimiento de agua potable de la ciudad de París.

- Resistencia al flujo por unidad de área varía con el cuadrado de la velocidad.

a = parámetro adimensional no constante

Unidades

Si se combinan

y

- La formula de Chezy establece una relación entre la resistencia al flujo y las características hidráulicas del mismo.

- El valor de C de Chezy puede obtenerse a partir del número de Re, con ayuda del ábaco de Moody. Existen tres regiones de flujo turbulento:

- Flujo pared lisa si

- Flujo pared rugosa si

= Viscosidad cinemática

- Flujo en transición entre 5 y 70- En tuberías-

De acuerdo con el Número de Froude y el Número de Reynolds, pueden existir los siguientes tipos de flujos:

Subcrítico - Laminar Re < 500, y Fr<1

Subcrítico - Turbulento Re>2000, y Fr <1

Supercrítico - Turbulento Re >2000, y Fr >1

Supercrítico – Laminar Re < 500 , y Fr < 1

MATERIAL Ks en mm

     

Vidrio 0,05 0,9

   

Cemento  

Muy bien terminado 0,2 1,2

Mortero 0,3 2,2

   

Concreto  

Bien terminado 0,3 1,5

Aplanado con llana 0,5 2,2

Aplanado con plana 0,9 3,2

Sin terminar 1,5 12

Cimbra de acero 0,6 1,5

Cimbra de madera cepillada 0,6 3,2

Cimbra de madera sin cepillar 2,2 14

Gunita 3,2 15

Muy maltratado 5 20

4.2. FORMULA DE MANNING

Fórmula más conocida

V = Velocidad media de flujo (m/s)

R = Radio hidráulico (m)

S = Pendiente del canal

n = Coeficiente de rugosidad de Manning

La ecuación de Manning debe ser aplicada, solamente en la zona completamente rugosa, es decir el coeficiente n dado en tablas es valido, para flujo turbulento y de pared rugosa.

5. MÁXIMA EFICIENCIA HIDRÁULICA

Dado una Área (A), rugosidad (n) y la pendiente (S), el valor Q, será máximo, cuando una sección transversal tenga un radio hidráulico máximo, por ser directamente proporcional.

MINIMO PERÍMETRO MOJADO SE TRADUCE EN:

- Mínima Infiltración- Mínima Excavación- Mínimo Material de revestimiento- Mínima nivelación

5.1. APLICACIÓN

DETERMINAR LA SECCIÓN DE MÁXIMA EFICIENCIA PARA UN CANAL TRAPEZOIDAL

La resistencia al flujo por unidad de longitud es igual al esfuerzo

cortante de superficie multiplicado por el perímetro mojado.

Por lo tanto un criterio de resistencia mínima equivale a exigir un área

de sección transversal mínima, respecto a los parámetros que definen el

área.

Derivamos el perímetro con respecto al tirante de agua y

Si queremos minimizar el perímetro, el área también tiene que ser

mínima

Si

ó

Nota: La mejor sección hidráulica ocurre cuando el ancho de la

superficie es el doble del talud.

6. TALUD (Z)

El talud, de la sección depende de la naturaleza del terreno desde el punto de vista puramente hidráulica, se puede obtener los mismos resultados con un canal de cualquier forma.

Los taludes que generalmente se recomiendan (en seco)

MATERIAL TALUD

Roca pura y sanaRoca fisuradaSuelos cementados, firmesTierra arcillosaTierra arenosaArena

00.511.251.502 ó más

EL TALUD MÁS EFICIENTE (Sección trapezoidal)

Si la relación

Nota: Talud mas eficiente para un canal trapezoidal

6.1. APLICACION

Diseñar un canal trapezoidal de máxima eficiencia hidráulica, construido en tierra arenosa, con taludes 1.5:1 la dependiente del canal es 0.05%.

La capacidad del canal es 6 m3/S

Usar fórmula de Manning con n = 0.022

Si z =1.5

Del grafico de Ven te Chow

b = 1.1311 my = 1.8678 m

Como no son dimensiones apropiadas

b = 1.10

Del gráfico de Ven te Chow

BORDO LIBRE:

Altura tirante adicional, que se da para absorber los niveles extraordinarios que puedan presentarse, por encima del caudal de diseño del canal.

Las razones:

- Cambio de rugosidad en el tiempo- Mala operación compuertas ingresa mas caudal- Ingreso de aguas no previstas- Obstrucción parcial del canal- Presencia de una onda en el canal

Bordo libre =

C = coeficiente que varía0.46 para Q = 0.60 m3/s0.76 para Q = 85 m3/s

Si c = 0.5 Bordo Libre = = 0.93 m (demasiado)

Ven te Chow señala 5% a 30% tirante

Asumimos 16%

b. L = y(0.22) = 1.76 x (0.193) = 0.34 mh = y + b.l = 1.76 + 0.34 2.10 m

7. TRANSICIONES

Se construyen transiciones alabeadas con el fin de reducir al mínimo las pérdidas de carga y obtener la máxima eficiencia posible.

Respecto al diseño, la base teórica son la minimización de perdidas de energía y la consideración sobre la separación de flujos expansivos, además en está técnica permite definir primero las fronteras y después se determina el perfil de flujo.

En el diseño de la transición se sigue las siguientes reglas:

Longitud de la transición:

bC = ancho del canal

bf = ancho del medidor mo = talud Inicial Transición yc = tirante del canal L = longitud de la transición.

Ancho de la transición

x = distancia desde el origen al tramo

Variación de en talud

m = talud del tramo

Variación del perfil de fondo

Cambio total del fondo sobre la longitud de la transición.

Cambio de elevación, desde el origen al tramo

Cambio de elevación entre el tramo

La perdida de carga considerada para cada tramo, será la diferencia de los cuadrados de la velocidad, afectados por un factor de 0.3 y divididos por el doble de la gravedad

8. LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO DE UN CANAL

- Consideraciones Preliminares para la determinación del Eje del Canal.

- Fase de campo: Trazo preliminar Curvas de nivel

- Fase de Gabinete:

8.1. CONSIDERACIONES PRELIMINARES PARA LA DETERMINACIÓN DEL EJE DEL CANAL

8.1.2. HIDRÁULICA

- Volumen de agua que se ha de conducir.

- Tipo de canal (conducción o distribución).

- Obras de paso (alcantarilla, acueducto, sifones, canoas, caídas rápidas, toma lateral, paso de vehículos, túneles, etc.)

- Datos climatológicos.

8.1.3 GEOLOGÍA

- Tramos en ladera y suelos llanos.

- Geomorfología: rocosidad, pedregosidad o naturaleza del suelo.

- Fisiografía dominante.

- Fallas, asentamientos y estabilidad de taludes.

8.1.4. MECÁNICA DE SUELOS

- Estratigrafía (Calicatas: cada 500m – 1.5m y cada 5km – 3.0m de profundidad).

- Capacidad portante.

- Se trabaja con Cartas Nacionales: 1/100,000 y planos 1/25,000 (IGN- Ministerio de Agricultura)

- Fotografías Aérea: 1/20,000 ó 1/10,000 ó 1/60,000

8.1.5. FASE DE CAMPO: TRAZO PRELIMINAR – CURVAS DE NIVEL

a) Determinación del BM 00

Para determinar la cota del BM 00, se necesita la cota de un BM conocido. (IGN).

b) Poligonal de Apoyo

- Crear la línea de gradiente del trazo del canal desde la estaca 00+000. Se elige una pendiente promedio en su defecto asumir S = 10/00. Estacar cada 20m.

- Trazar el eje del canal, tomando un promedio de las estacas y considerar tangentes largas.

- Elegir los PI de acuerdo a la visibilidad o quiebres que presente el trazo. Dichos Pis. deben estar monumentados.

- Cada 500m deben colocarse los siguientes BM.

- Este trabajo se realiza con nivel de ingeniero o eclímetro.

c) Nivel de Estacas

- Refiriéndose al BM principal realizar la nivelación de estacas de ida y regreso. Así mismo, deben nivelarse los BM restantes. Esta nivelación servirá para comprobar el trazo preliminar.

d) Levantamiento de la poligonal abierta

Orientando con el NM medir los lados de la poligonal y por el método de deflexiones obtener la poligonal estacada en el paso a).

e) Levantamiento de Secciones Transversales

Mediante el uso del eclímetro o el teodolito levantar las secciones transversales de cada estaca.

f) Taquimetría sobre la faja de la poligonal abierta.

Refiriéndose al BM realizar un levantamiento altimétrico de la faja sobre cual está la poligonal abierta. E ancho de la faja del terreno dependerá mucho de los accidentes del terreno. Aquí deben aparecer los BM, Pis y estacas.

8.1.6. FASE DE GABINETE

- Selección de la escala de representación Esc.: 1/1000 ó 1/2000.

- Confección del plano a curvas de nivel (c/50cm)

- Cálculo y trazo de los elementos de curva

- Con los ítems anteriores se obtiene el plano de planta, donde deben aparecer los Pis, BM, estacas, cuadro de elementos de curva, curvas de nivel principales y secundarias).

- Construcción del Perfil del terreno. Esc.: H: 1/1000 ó 1/2000 y V: 1/100 ó 1/200.

- Construcción de las secciones transversales del terreno

- Confección de la Memoria Descriptiva

Nota: La poligonal de los PIs no deben alejarse del trazo preliminar, deben ser tramos rectos los mas largos posibles (disminución del PIs), con ángulos lo más obtusos posibles. Esto permitirá efectuar posteriormente mucho corte o relleno. En zona de laderas debe tenerse cuidado, teniendo solamente cortes.

CAPITULO VIII

GRADAS1. INTRODUCCION

Es frecuente en canales proyectar por diversas razones gradas o bruscas

desnivelaciones de fondo. Ellas pueden ser, como es más frecuente, bajadas

de nivel del fondo: “gradas de bajada”, pero puede haber aumentos bruscos

de la cota de fondo “gradas de subida”. Generalmente ambas son usadas en

secciones rectangulares en diversas aplicaciones prácticas.

2. GRADA DE BAJADA

Si las condiciones anteriores a la grada de bajada son de corriente tranquila

y las de canal que siguen son de corriente son torrentosas, la corriente

antes de la grada se acelera hasta a plomo de la caída el Bernoulli crítico y

en sus vecindades la profundidad crítica. Como los torrentes dependen de

aguas arriba sucede que al pie de la grada en la sección en que los filetes

son paralelos y la altura de presión coincide nuevamente con el nivel libre.

La altura del torrente , depende de la perdida de carga, pues es función

del Bernoulli, que queda al pie de la grada. La pérdida de carga a su vez

depende de la altura de la grada y del gasto por unidad de ancho

principalmente. También puede aceptarse en general que depende de la

forma de la grada, pero esta influencia es nula mientras el paramento no

sea tan tendido que modifique la curva inferior de la napa viva.

Como el gasto unitario q, es función de la altura crítica

, se puede decir que es función de y de o sencillamente

que es función de , ambas relaciones sin dimensiones.

En el paramento de la grada la razón de altura de presión en el fondo, vecino al paramento y la profundidad crítica la siguiente relación:

; valido para .

SI es mayor a 2.5 la napa es parcialmente aireada inferiormente

y permanece constante en el valor:

La Presión en la vena líquida sobre la grada, que no es hidrostática desde el nivel libre si no menor es difícil de evaluar.

En vista a eso se ha medido experimentalmente en función el valor de

que aparece en el grafico

La inspección de la figura nos muestra que la tendencia del valor de torrente relativo a hacerse constante, cercano a 0.40, cuando la grada es grande, correlativo a un río, limite del resalto rechazado, también constante

cercano a , revela que cualquiera sea la altura de la grada, basta

que el río fijado por las condiciones de aguas abajo supere el valor de , para que el resalto cubra el pie de la napa.

En el lugar en el que la napa llega al fondo, cuyo impacto es probablemente una de las causas de la pérdida de carga, provoca un aumento de presión en el punto de choque. Este aumento de la altura de presión queda en forma de campana, cuyo valor relativo máximo obedece a la ecuación experimental:

El valor experimental de la distancia de este máximo de presión al paramento de la grada va en la figura.

El gráfico que sigue permite calcular la distancia , a que se produce el

torrente , desde el pie de la grada en función de

APLICACIÓN

En un canal de 3 m. de ancho en el que discurre un gasto de 2 m3/s, hay una bajada de 0.30 m. Se pide calcular todos los elementos enunciados para una grada, si por ella hay escurrimiento crítico y es seguida de torrente.

Calculo de la altura de aguas abajo:

Determinación de la altura del río:

Calculo de la presión al pie de la grada:

Altura de Presión Máxima:

Distancia de Altura de Presión Máxima del pie de la grada

Distancia que se produciría el torrente de 0.209 m.

Nota: Si las condiciones del lecho de río dan una altura inferior a 0.567 m, el resalto será alejado del pie de la grada, si es mayor esta altura, el resalto cubrirá el pie de la napa haciendo variar la presión máxima y su ubicación.

3. GRADA POSITIVA

Fosrter y Skrinde investigaron la influencia de un escalón positivo de altura sobre las características del salto hidráulico. Encontraron mediante las

ecuaciones de continuidad y de impulso que la altura relativa se

encuentra directamente relacionada con los parámetros y .

Además, determinaron de forma experimental las curvas de la figura bajo la condición de que el pie del salto hidráulico está a una distancia

desde el escalón.

Con la ayuda del diagrama, para los valores dados de y , se

puede determinar la altura relativa necesaria del escalón de fondo con

lo cual queda definido el nivel de fondo. La longitud del lecho debería ser por lo menos igual a

.

La energía disipada o sea la pérdida de energía , es independiente de la altura del escalón y se le puede determinar por la figura.

4. DISIPADOR CON UMBRAL CONTINÚO.

Los disipadores que en lugar de un escalón están limitados por un umbral continuo, fueron analizados por Macha (1963), sobre modelos reducidos Los resultados para los umbrales de sección rectangular y trapezoidal. La línea que representa la ecuación

permite comparar los resultados de Macha con los de

Salto hidráulico sobre fondo plano (s=0)

Profundidades conjugadas en un amortiguador de energía con un dentellón continuo y ancho constante de canal – Dentellón rectangular

Profundidades conjugadas en un amortiguador de energía con un dentellón continuo y ancho constante de canal – Dentellón trapezoidal

5. DISIPADOR CON UMBRAL DISCONTINUO

Inmediatamente aguas debajo de un escalón, y en forma mucho más intensa aguas abajo del umbral se originan remolinos de fondo en la solera del canal. Si el fondo no está adecuadamente protegido en esta zona, existe grave riesgo de socavación (erosión de fondo).

6. DISIPADOR SUMERGIDODimensionar un disipador aguas debajo de túneles o de galerías, se complica porque la salida del Túnel puede quedar sumergida. Para un caudal dado la sumersión afecta las condiciones del flujo aguas arriba del disipador. Si se supone que se conoce que se conocen la profundidad y2 de aguas abajo y la energía específica (Ho1) de aguas arriba, se puede encontrar la relación para la altura ys de sumersión, con la ayuda de las ecuaciones de continuidad y del impulso en el caso bidimensional.

Donde con ; se puede obtener una segunda

ecuación para , a partir de las consideraciones de energí, tal como sigue:

, donde

7. LOSAS DENTADAS PARA CANALES O DESCARGA DE VERTEDEROSPara uso en canales donde el agua deba bajarse de una elevación a otra

Performance satisfactoria Respuesta económica a la Disipación de Energía Previene excesiva aceleración de flujo Provee un razonable velocidad terminal Es construido con una pendiente 2:1

Puede diseñarse para una descarga hasta 5.50 m3/s por metro de ancho y la caída puede ser tan alta como estructuralmente factible

Procedimiento de Diseño La Losa dentada debe diseñarse para el gasto máximo esperado La Velocidad de llegada deberá ser tan baja como sea posible

-5 La altura H, de los dientes deberá ser entre 0.8Tc y 0.9 Tc, curva

B El ancho de los dientes y el espacio entre ellos deberán ser

iguales y con valores hasta 3/2 H, pero nunca menor que H Se requiere cuatro hileras de dientes para establecer el completo

control del flujo, aunque menos hileras han operado satisfactoriamente.

Cuando menos una hilera de dientes deberá quedar sepultada en el relleno inferior

Los muros guía de la rápida, deberán tener una altura tres veces la de los dientes. El extremo inferior de los muros guía deberá colocarse zampeado con rocas de 15 a 30 cm. Para prevenir erosiones por remolinos

CAPITULO IX

DISIPADORES DE ENERGIA

DISEÑOS GENERALIZADOS

DISIPADOR SAF: (San Anthony Falls: Cataratas de San Antonio)Se recomienda para ser utilizado en estructuras pequeñas, obras de salida y canales donde 1.7 a 17. La reducción de la longitud en el disipador, conseguida por el uso de accesorios diseñados para el mismo es de alrededor del 80% (70 % a 90%). La utilización de este tipo de estructuras en sistema de gran altura puede dar lugar a la generación de fenómenos de Cavitación.Las reglas de diseño son:

La longitud de la Piscina de Disipación

La altura de los bloques de entrada y los bloques del piso es y

su ancho y espaciamiento es aproximadamente La distancia desde el extremo de aguas arriba del Disipador hasta

los bloques del piso es .

No deben localizarse bloques en el piso mas cerca de las paredes

laterales que

Los bloques del piso deben localizarse aguas abajo enfrentados a las aberturas entre los bloques de la rápida.

Los anchos del piso deben ocupar entre 40% y el 55% del ancho de la Piscina de Disipación.

Los anchos y el espaciamiento de los bloques del piso para los Disipadores divergentes deben incrementarse en proporción al aumento del ancho de la Piscina de Disipación en la sección donde se localiza los bloques.

La altura del umbral de salida está dada por , donde ,

es la profundidad recuente teórica, correspondiente a . La profundidad de salida de aguas abajo por encima del piso del

Disipador está dada por , para 1.7 a 5.5, y

para 5.5 a 11; y , para 11 a

17 La altura de los muros laterales por encima de la profundidad de

salida máxima esperada esta dada por .

Los muros de salida deben ser iguales en altura a los muros laterales de la Piscina de Disipación y su parte superior debe tener una pendiente de 1 en 1.

El muro de salida deben localizarse con un ángulo de 45° con respecto al eje central de la salida.

Los muros laterales pueden ser paralelos (como en la Piscina de Disipación rectangular) o diverger como una extensión de los muros laterales de la transición (como en una Piscina de Disipación trapezoidal).

Debe utilizarse un muro cortina de profundidad nominal en el extremo de la Piscina de Disipación.

El efecto del atrapamiento de aire no se considera en el diseño.

Sección Central

A partir de los estudios intensivos de muchas estructuras existentes y de investigaciones de laboratorio, el U. S. Bureau of Reclamation desarrolló varios tipos de diseños generalizados de Piscinas disipadores.

DISIPADOR USBR I La Piscina USBR I lo origina un resalto hidráulico que ocurre en un piso plano sin ningún accesorio, y puede diseñarse con facilidad siguiendo los principios descritos en las secciones iniciales. Sin embargo, tal Piscina por lo general nos es muy práctico, debido a que su longitud lo hace costoso y a su falta de control.

DISIPADOR USBR II. El cuenco USBR III se diseña para un propósito similar al del cuenco SAF, pero tiene un factor de seguridad mayor, ajustado a las necesidades del Bureau. El comportamiento de este disipador indica que su longitud y la del resalto pueden reducirse alrededor del 60%, con accesorios en comparación con e180% para el cuenco SAF.

Por consiguiente, el cuenco SAF es más corto y más económico, pero menos seguro.

La Piscina de Disipación USBR II se desarrolló para disipadores de uso común en vertederos de presas altas y de presas de tierra y para estructuras de canales grandes.La Piscina contiene bloques en la rápida del extremo de aguas arriba y un umbral dentado cerca del extremo de aguas abajo. No se utilizan bloques de impacto debido a que las velocidades relativamente altas que entran al resalto pueden causar cavitación en dichos bloques.En la figura se muestran el diseño detallado y los datos necesarios para el cálculo.

Las reglas recomendadas para el diseño son las siguientes: Fijar la elevación del piso para utilizar la profundidad secuente de

aguas abajo completa, más un factor de seguridad adicional si es necesario. Las líneas punteadas de la figura sirven como guía para diferentes relaciones de la profundidad real de aguas abajo con respecto a la profundidad secuente. Estudios de diseños existentes indican que la mayor parte de los disipadores se diseñaron para profundidades de salida secuentes o menores. Sin embargo, existe un límite, el cual es establecido por la curva denominada Mínima profundidad de salida, que indica el punto para el cual el frente del resalto se mueve hacia afuera de los bloques de la rápida. En otras palabras, cualquier reducción adicional de la profundidad de salida hará que el resalto se salga del cuenco; es decir, producirá un "barrido de resalto". La Piscina no debe diseñarse para una profundidad menor que la secuente. Para mayor seguridad, de hecho, el Bureau recomienda un margen de seguridad mínimo del 5% de D2, que debe sumarse a la profundidad secuente.

El cuenco II puede ser efectivo hasta un número de Froude tan bajo como 4, pero para valores menores esto no necesariamente es cierto. Para valores bajos, se recomiendan diseños que consideren la supresión de ondas.

La longitud del cuenco puede obtenerse de la curva de longitud del resalto dada en la figura.

La altura de los bloques de la rápida es igual a la profundidad del flujo que entra al disipador. El ancho y el espaciamiento deben ser aproximadamente iguales a ; sin embargo, esto puede

modificarse para eliminar la necesidad de fracciones de bloques. Con respecto a las paredes laterales es preferible un espaciamiento igual a para reducir salpicaduras y mantener presiones adecuadas.

La altura del umbral dentado es igual a , y el ancho máximo y el espaciamiento máximos recomendados son aproximadamente O.15D2. En este diseño se recomienda colocar un bloque adyacente a cada pared lateral (figura). La pendiente de la parte continua del umbral de salida es 2:1. En el caso de cuencos angostos, lo cual involucraría sólo algunos dientes según la regla anterior, es recomendable reducir el ancho y el espaciamiento, siempre y cuando esto se haga de manera proporcional. La reducción del ancho y del espaciamiento en realidad mejora el comportamiento en estos cuencos; luego los anchos y los espaciamientos mínimos entre los dientes se establecen sólo por consideraciones estructurales.

No es necesario escalonar los bloques de la rápida y el umbral dentado. De hecho, esta práctica no es recomendable desde un punto de vista constructivo.

Las pruebas de verificación sobre los Disipadores II no indican cambios perceptibles en la acción del disipador con respecto a la pendiente de la rápida, aguas arriba de la Piscina. En estas pruebas la pendiente de la rápida varía desde 0.6:1 a 2: 1. En realidad, la pendiente de la rápida tiene un efecto sobre el resalto hidráulico en algunos casos. Es recomendable que la intersección aguda entre la rápida y el cuenco se remplace por una curva de radio razonable ( ), cuando la pendiente de la rápida es 1:1 o mayor. Los bloques de la rápida pueden incorporarse a la superficie curva con tanta facilidad como a las planas. En rápidas empinadas la longitud de la superficie superior de los bloques debe hacerse lo suficientemente larga para deflectar el chorro. Las reglas anteriores darán como resultado una Piscina de Disipación más segura para vertederos con caída hasta 60 m. y para caudales hasta 46 m3/s/m, siempre y cuando el chorro que entra al cuenco sea razonablemente uniforme tanto en velocidad como en profundidad. Para caídas superiores, caudales unitarios mayores o asimetrías posibles, se recomienda un estudio en modelo del diseño específico.

Los perfiles aproximados para la superficie del agua y para las presiones de un resalto en el cuenco se muestran en la figura d

.

DISIPADOR USBR IIICaudal unitario hasta 18.6 m2/s, Velocidad de 15 a 18 m/s, Longitud Piscina 2.8 Conjugado.

€J.Dado los siguientes valores rebosados por una Presa pequeña, y la profundidad de flujo del río identificado por la línea sólida de la figura 20, para la Piscina USBR III, para las más adversas condiciones. El flujo es simétrico y el ancho de la piscina es de 50 pies. (El objeto de este ej. es demostrar el uso de la curva de elevación del salto).

El primer paso es calcular la curva de elevación del salto, , mas la elevación del piso de la piscina.

Como y , son datos es Número de Fraude puede ser

calculado

Entrando a la figura 11con los valores de y la intersección de la

línea sólida, se encuentra

Estos valores son , de donde se despeja .

Si asumimos que la operación más adversa ocurrirá cuando se de la máxima descarga de 3900 pies3/s, entonces podemos asumir como la máxima altura de agua a 617.5, de donde se puede encontrar el piso restándole a esa elevación

Con la elevación del piso, podemos sumarle a esta el valor del

tirante conjugado , para cada uno de los caudales, que dará, como consecuencia la curva a.

Como se muestra en la figura 20, la curva de la altura del agua es inusual y no ocurre para la descarga máxima si no para 2850 c.f.s.

Así, altura del conjugado es deseada para la mas adversa altura del agua es necesario que la elevación del salto de la curva se cambie hacia abajo par emparejarla con la curva de descarga de 2850 c.f.s., esto se logra bajando 2.5 pies la elevación del piso de la piscina.

Aunque la posición del piso de la Piscina tiene que fijarse para la descarga de 2850c.f.s, los detalles de los bloques son fijados para la descarga máxima de 3900c.f.s.

DISIPADOR USBR IVCuando el 2.5 a 4.5 se producirá un resalto oscilante en el la Piscina de Disipación, el cual genera una onda que es difícil de atenuar. Se diseña para eliminar la onda de la fuente. Esto se lleva acabo intensificando el remolino que aparece en la parte superior del salto, con los chorros direccionales deflectados utilizando grandes bloques en la rápida cuyo número mínimo requerido para este propósito se muestra en la figura.

Longitud de Piscina hasta 6 veces el conjugado.

Para un comportamiento hidráulico mejor es conveniente construir estos bloques más angosto que lo indicado, preferiblemente con un ancho igual a

y fijar la profundidad de salida, de tal manera que sea 5% a 10% mayor que la profundidad recuente del resalto. La longitud de la Piscina se hace igual a la del resalto del cuenco disipador horizontal sin accesorios y, por consiguiente, puede determinarse mediante la figura. Solo se utiliza en las secciones transversales rectangulares.

DISIPADOR USBR V El cuenco USBR V se utiliza cuando la economía estructural implica el uso de un canal de aproximación inclinado, el cual es usual en vertederos de presas altas.El principio de diseño para resaltos hidráulicos en canales de aproximación inclinados se desarrollara posteriormente.

CAPITULO X

SIFON INVERTIDO

1. DESCRIPCIÓN

Un sifón es un conducto cerrado diseñado para transportar el agua a sección llena y bajo presión.

El diseño hidráulico de un sifón está gobernado por factores fundamentales tales como la topografía que favorezca su desarrollo, condiciones de pérdidas de carga, que permitan el flujo y factores económicos que determinen su viabilidad.

El funcionamiento de un sifón invertido se basa fundamentalmente en la diferencia de niveles en los extremos de esta estructura, permitiendo el flujo en una dirección, siendo esta diferencia, la sumatoria de las pérdidas de carga de un extremo a otro del sifón.

2. CAMPO DE APLICACIÓN

Los sifones invertidos son usados para transportar agua proveniente de canales por debajo de carreteras y vías de tren debajo de ríos y quebradas, etc.

Cuando existen quebradas poco anchas profundas conviene cruzadas con acueductos, pero cuando el cruce es ancho arriba y profundo en el centro muchas veces conviene proyectar un sifón invertido.

Los estudios económicos y las consideraciones topográficas, geológicas e hidrológicas, determina la factibilidad de usar uno u otro

tipo de estructura.

3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS

- Los sifones invertidos son económicos, fáciles de diseñar y de construir y han demostrado tener una confiable capacidad de conducción.

- Los costos de diseño, construcción y mantenimiento son factores que pueden hacer a un sifón invertido más factible que otra estructura.

- Sin embargo la pérdida de carga producida en un sifón invertido es mayor que en los otros sistemas de cruce (acueductos, etc).

4. COMPONENTES ESTRUCTURALES

a) TRANSISCIONES Y/O CAMARAS DE ENTRADA Y SALIDA

Las transiciones son usadas en la entrada y salida del sifón invertido para empalmar la sección de este con la sección del canal o del desarenador, reduciendo así las perdidas de carga y prevenir la erosión del canal por causa del cambio repentino.

b) CAMARA DE REJAS

En muchos lugares los canales pueden estar transportando material flotante como basura o ramas que por descuido o falta de

mantenimiento han ingresado a la corriente. Antes de que el flujo de agua entre a la tubería del sifón es necesario eliminar este material mediante una cámara de rejas. En el caso de que no exista el peligro de tener material flotante no es necesaria esta estructura.

c) TUBERIA

Es el conducto por el cual fluye el agua a presión, siendo la parte principal y más larga de toda la estructura

Actualmente se tienen diversos tipos de tuberías que muy bien pueden ser empelados según los requerimientos particulares del proyecto, estos son:

- Tuberías de planchas de acero rolado y soldado- Tubería de hierro fundido dúctil- Tubería de asbesto cemento- Tubería de policloruro de vinilo (PVC)- Tubería de polietileno de alta densidad (HDPE)- Tubería de poliéster reforzado con fibra de vidrio (GRP)

d) VÁLVULA DE PURGA

Se ubican en las partes mas bajas de las tuberías, con la finalidad de drenarla, para inspeccionarla y/o dar mantenimiento. Por lo común se emplea una válvula de compuerta

e) VÁLVULA DE AIRE

En algunos casos, durante su recorrido, la tubería del sifón tiene cotas altas que se acercan a la línea de gradiente. En estos puntos se deben colocar válvulas de aire a fin de eliminar volúmenes de aire que pueden quedar atrapados o para facilitar el drenaje del agua de la tubería cuando esta no este trabajando.

f) CODOS Y UNIONES

Todas las tuberías sujetas a presión interna deben tener uniones herméticas de caucho para asegurar que no ocurra escape de agua.

De acuerdo a la magnitud de los cambios e alineamiento de la tubería y al tipo de tubería a emplear se pueden emplear codos prefabricados o adecuarse al perfil del terreno aprovechando la desviación angular permisible de la unión.

5. DISEÑO HIDRÁULICO

El diseño hidráulico del sifón invertido esta gobernado por tres factores:

- Economía- Pérdida de carga- Azolves (lodo o basura que obstruye un conducto de agua)

Por lo tanto el dimensionamiento de esta estructura está en función de la

velocidad adoptada y de la forma económica del proceso constructivo.

Las velocidades en un sifón dependen de la velocidad máxima que

resiste la tubería, generalmente varía entre 1 m/s a 3 m/s.

5.1. PERDIDA POR FRICCIÓN (hƒ) EN LA TUBERÍA

a) La pérdida de carga por fricción en tuberías se determina con la fórmula Darcy-Weisbach, sirve para cualquier material y fluido, una vez que se ha determinado el coeficiente de fricción (ƒ).

Donde:

L = Longitud de la tubería (m)

D = Diámetro de la tubería (m)

V = Velocidad de flujo en el sifón invertido (m/s)

g = aceleración de la gravedad (9.81 m/s2)

f = coeficiente de fricción de Darcy (Adimensional)

Para calcular el coeficiente de fricción /ƒ), se requiere saber

previamente.

RUGOSIDAD RELATIVA (/D), donde es la rugosidad

absoluta y D el diámetro de la tubería

RUGOSIDAD ABSOLUTA DE ALGUNOS MATERIALES

PARA TUBERÍAS

Material Rugosidad

Absoluta (m)

Acero comercial

Asbesto Cemento

Policloruro de vinilo (PVC)

Polietileno de alta densidad (HDPE)

Poliéster reforzado con fibra de vidrio

(GRP)

5 x 10-5

2.5 x 10-5

3 x 10-6

3 x 10-6

2.9 x 10-5

NÚMERO DE REYNOLDS (Re):

Donde:

V = Velocidad del flujo (m/s)

D = Diámetro de la tubería (m)

= La viscosidad cinemática del fluido (para agua a 15°C,

= 1.15 x 10-5 m2/s)

Estas dos relaciones permiten determinar el coeficiente de

fricción, mediante el Diagrama de Moody. También se le

puede calcular a partir a partir de ecuaciones que se

detallan a continuación:

Para Re < 2000, el flujo es laminar y se puede emplear la

expresión. Determinar a partir de las ecuaciones de Hagen

Poiseuille y Darcy.

Para Re > 4000, el flujo es turbulento por lo que se debe

determinar si la tubería se comporta como hidráulicamente

lisa, hidráulicamente rugosa o una superficie en transición

entre lisa y rugosa.

a. Superficie hidráulicamente lisa (V*/ <5)

Donde = Rugosidad absoluta

Existe una subcapa laminar

Y la velocidad de corte esta dada por:

El coeficiente de fricción se calcula de:

b. Superficie hidráulicamente rugosa (V*/ > 75)

No existe la subcapa laminar- El coeficiente de fricción se

calcula de:

c. Superficie en transición entre hidráulicamente lisa

y rugosa

En este caso se emplea la fórmula de Colebrook-White

Las fórmulas presentadas se sintetizan en el diagrama de

Moody.

5.2 PERDIDAS LOCALES

a) PÉRDIDA DE CARGA EN LAS REJILLAS DE LA ENTRADA

A LAS TUBERÍAS (Hƒ).

Esta pérdida de cargas, pueden calcularse con la fórmula de

Kirschmer.

e = Espesor del barrote en pulgadas.

V = Velocidad frente a las rejillas

E = Separación de los barrotes en pulgadas.

K = De acuerdo a la forma de los barrotes

= Ángulo de inclinación de la rejilla, con respecto a la

horizontal.

= 50 – 55°, para limpieza a mano

= 70 – 76° para la limpieza mecánica

b) PERDIDA DE CARGA EN LA ENTRADA

Está pérdida de energía depende de la geometría de la

entrada y es producto del roce de los filetes líquidos, al

dirigirse estos a la embocadura y por contracción en ella de

la vena líquida. Se le puede calcular mediante:

Donde: El valor de K depende de la forma de la entrada:

(a) Conducto de proyección hacia adentro K = 10

(b) Entrada de borde cuadrado K = 0.5

(c) Entrada achaflanada K = 0.25

(d) Entrada redondeada: El valor de K depende de la

relación r/D

r/D = 0 0.02 0.04 0.06 0.10 >0.15

K = 0.5 0.28 0.24 0.15 0.09 0.04

c) PÉRDIDA DE CARGA EN LOS CODOS Y ÁNGULOS

Cuando una vena líquida llega a un codo, las partículas, en

virtud de su inercia tienden a conservar su dirección, lo que

crea remolinos.

Para el caso de codos en ángulo vivo se determine

mediante la siguiente expresión:

Donde: El valor de K depende del ángulo según se

detalla a continuación.

= 20° 40° 60° 80° 90° 100° 120° 140°

K = 0.046 0.139 0.364 0.740 0.984 1.260 1.861 2.481

Para el caso de codos para tuberías en arco circular la perdida

de carga se determina con la fórmula.

y el valor de k se obtiene por la fórmula:

Donde:

r = Radio interior de la tubería

R = Radio de la curva

Tomando en cuenta la suma de las pérdidas de carga en entrada,

salida, codos, curvas y las pérdidas por fricción, se determina

aproximadamente las cargas disponibles entre la entrada y la salida.

6. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

a) Determinar que tipo de estructuras son requeridas y el

tamaño de la tubería.

b) Hacer un esquema preliminar del perfil del sifón

invertido y de las estructuras requeridas de entrada y de salida;

tomando en cuenta el perfil existente del sifón. Este esquema

debe mostrar los requerimientos de la tubería en cuanto a

cobertura, pendiente codos y sumergencía en la cámara de

carga.

c) Calcular las pérdidas de carga en el sifón sobre la base del

esquema preliminar. Si existen discrepancias con la carga

disponibles hacer los ajustes necesarios, diámetro, pendiente,

etc.

d) Determinar el tipo de clase de la tubería que depende

de las cargas externas e internas.