Drenaje

Instalación de tubería de polietileno de alta densidad en un proyecto de drenaje de tormenta, México.

Drenaje es la extracción natural o artificial de aguas superficiales y subterráneas de una zona con exceso de agua. El drenaje interno de la mayoría de los suelos agrícolas es lo suficientemente bueno para evitar el encharcamiento severo (condiciones anaeróbicas que dañan el crecimiento de las raíces), pero muchos suelos necesitan drenaje artificial para mejorar la producción o administrar los suministros de agua.

Historia

Historia temprana

Restos de un drenaje en Lothal alrededor 3000 BC

La civilización del valle del Indo tenía sistemas de alcantarillado y drenaje. Todas las casas de las principales ciudades de Harappa y Mohenjo-Daro tenían acceso a instalaciones de agua y drenaje. Las aguas residuales se dirigían a alcantarillas por gravedad cubiertas, que bordeaban las calles principales.

Siglos XVIII y XIX

Tank Stream, un drenaje histórico en la ciudad de Sydney

La invención del drenaje de tubería hueca se atribuye a Sir Hugh Dalrymple, quien murió en 1753.

Prácticas actuales

Una tubería de drenaje flexible de plástico (PVC), utilizada para drenar agua desde el techo de una casa residencial o edificio

Geotextiles

Los nuevos sistemas de drenaje de aguas pluviales incorporan filtros de geotextil que retienen y evitan que los granos finos de tierra pasen y obstruyan el drenaje. Los geotextiles son tejidos textiles sintéticos fabricados especialmente para aplicaciones de ingeniería civil y medioambiental. Los geotextiles están diseñados para retener las partículas finas del suelo mientras permiten el paso del agua. En un sistema de drenaje típico, se colocarían a lo largo de una zanja que luego se llenaría con material granular grueso: grava, conchas marinas, piedra o roca. Luego, el geotextil se dobla sobre la parte superior de la piedra y la zanja se cubre con tierra. El agua subterránea se filtra a través del geotextil y fluye a través de la piedra hacia un vertedero. En condiciones de mucha agua subterránea, se coloca una tubería de plástico perforado (PVC o PE) a lo largo de la base del drenaje para aumentar el volumen de agua transportada en el drenaje.

Como alternativa, se puede considerar un sistema de drenaje de plástico prefabricado hecho de HDPE, que a menudo incorpora geotextil, fibra de coco o filtros de tela. El uso de estos materiales se ha vuelto cada vez más común debido a su facilidad de uso, que elimina la necesidad de transportar y colocar agregados de drenaje de piedra, que es invariablemente más costoso que un drenaje sintético y revestimientos de concreto.

Durante los últimos 30 años, los geotextiles, los filtros de PVC y los filtros de HDPE se han convertido en los medios de filtración de suelos más utilizados. Son baratos de producir y fáciles de colocar, con propiedades controladas en fábrica que aseguran un rendimiento de filtración a largo plazo incluso en condiciones de suelo limoso fino.

Alternativas del siglo XXI

Los Servicios Públicos de Seattle crearon un programa piloto llamado Proyecto de Alternativas al Borde de las Calles (SEA Streets). El proyecto se enfoca en diseñar un sistema "para proporcionar un drenaje que imite más el paisaje natural antes del desarrollo que los sistemas de tuberías tradicionales". Las calles se caracterizan por cunetas a lo largo de la calzada, con plantaciones diseñadas en toda la zona. El énfasis en las aceras sin bordillos permite que el agua fluya más libremente hacia las áreas de superficie permeable al costado de las calles. Debido a las plantaciones, el agua de escorrentía del área urbana no va directamente al suelo, sino que también puede ser absorbida por el entorno circundante. El monitoreo realizado por Seattle Public Utilities informa una reducción del 99 por ciento de las aguas pluviales que salen del proyecto de drenaje

El drenaje se ha sometido a una revisión ambiental a gran escala en el pasado reciente en el Reino Unido. Los sistemas de drenaje urbano sostenible (SUDS, por sus siglas en inglés) están diseñados para alentar a los contratistas a instalar un sistema de drenaje que imite más de cerca el flujo natural del agua en la naturaleza. Desde 2010, la ley requiere que la planificación local y de vecindario en el Reino Unido tenga en cuenta SUDS en cualquier proyecto de desarrollo del que sea responsable.

El drenaje con ranuras ha demostrado ser el producto más revolucionario de los últimos veinte años como opción de drenaje. Como sistema de canal de drenaje, está diseñado para eliminar la necesidad de instalar más sistemas de tuberías en paralelo al drenaje, lo que reduce el impacto ambiental de la producción y mejora la recolección de agua. El acero inoxidable, el canal de concreto, el PVC y el HDPE son materiales disponibles para el drenaje de ranuras que se han convertido en estándares de la industria en proyectos de construcción.

Drenaje en la industria de la construcción

Piping ser colocado para un fregadero

El ingeniero civil es el responsable del drenaje en los proyectos de construcción. Partieron de los planos todos los caminos, cunetas, drenajes, alcantarillas y alcantarillados involucrados en las operaciones de construcción. Durante el proceso de construcción se establecerán todos los niveles necesarios para cada uno de los factores mencionados anteriormente.

Los ingenieros civiles y los directores de obra trabajan junto con arquitectos y supervisores, planificadores, aparejadores, personal en general y subcontratistas. Por lo general, la mayoría de las jurisdicciones tienen algún cuerpo de ley de drenaje para regular hasta qué punto un propietario puede alterar el drenaje de su parcela.

Las opciones de drenaje para la industria de la construcción incluyen:

• El drenaje de puntos, que intercepta agua en gaviotas (puntos). Gullies se conectan a tuberías de drenaje debajo de la superficie terrestre y se requiere excavación profunda para facilitar este sistema. El apoyo a las trincheras profundas se requiere en forma de planificación, desconfianza o ahorcamiento.
• Canal de drenaje, que intercepta agua a lo largo de toda la carrera del canal. El drenaje de canal se fabrica típicamente de hormigón, acero, polímero o compuestos. La tasa de intercepción del drenaje de canal es mayor que el drenaje de punto y la excavación requerida es generalmente mucho menos profunda.

La abertura de la superficie del drenaje del canal generalmente viene en forma de rejillas (polímero, plástico, acero o hierro) o una sola ranura (drenaje de ranura) que se extiende a lo largo de la superficie del suelo (generalmente fabricado de acero o hierro). Proceso de revisión

Drenaje en muros de contención

Las estructuras de contención de la tierra, como los muros de contención, también deben considerar el drenaje del agua subterránea. Los muros de contención típicos se construyen con material impermeable que puede bloquear el paso del agua subterránea. Cuando se obstruye el flujo de agua subterránea, la presión hidrostática del agua se acumula contra la pared y puede causar daños importantes. Si la presión del agua no se drena adecuadamente, los muros de contención pueden combarse, moverse, fracturarse y separarse las costuras. La presión del agua también puede erosionar las partículas del suelo, lo que genera vacíos detrás de la pared y sumideros en el suelo de arriba. Los sistemas tradicionales de drenaje de muros de contención pueden incluir drenajes franceses, tuberías de drenaje u orificios de drenaje. Para evitar la erosión del suelo, se instalan telas filtrantes de geotextil con el sistema de drenaje.

Razones para el drenaje artificial

Un canal de drenaje agrícola fuera de Magome, Japón después de una lluvia pesada. Tenga en cuenta que las protuberancias crean agua turbulenta, evitando que sedimenten sedimentos en el canal.

Los suelos de los humedales pueden necesitar drenaje para ser utilizados para la agricultura. En el norte de los Estados Unidos y Europa, la glaciación creó numerosos lagos pequeños que gradualmente se llenaron de humus para formar pantanos. Algunos de estos se drenaron utilizando zanjas abiertas y trincheras para hacer terrenos baldíos, que se utilizan principalmente para cultivos de alto valor, como las verduras.

El proyecto más grande de este tipo en el mundo lleva siglos en proceso en los Países Bajos. El área entre Amsterdam, Haarlem y Leiden fue, en tiempos prehistóricos, pantanos y pequeños lagos. El corte de césped (minería de turba), el hundimiento y la erosión de la costa causaron gradualmente la formación de un gran lago, el Haarlemmermeer o lago de Haarlem. La invención de los motores de bombeo impulsados por viento en el siglo XV permitió el drenaje de algunas de las tierras marginales, pero el drenaje final del lago tuvo que esperar al diseño de grandes bombas impulsadas por vapor y acuerdos entre las autoridades regionales. La eliminación del lago se produjo entre 1849 y 1852, creando miles de km² de nuevas tierras.

Las llanuras costeras y los deltas de los ríos pueden tener niveles freáticos estacional o permanentemente altos y deben tener mejoras de drenaje si se van a utilizar para la agricultura. Un ejemplo es la región de cultivo de cítricos Flatwoods de Florida. Después de períodos de mucha lluvia, se emplean bombas de drenaje para evitar que los suelos excesivamente húmedos dañen las plantaciones de cítricos. La producción de arroz requiere un control completo del agua, ya que los campos deben inundarse o drenarse en diferentes etapas del ciclo de cultivo. Los Países Bajos también han liderado el camino en este tipo de drenaje, no solo para drenar las tierras bajas a lo largo de la costa, sino también para hacer retroceder el mar hasta que la nación original se haya ampliado considerablemente.

En climas húmedos, los suelos pueden ser adecuados para el cultivo, con la excepción de que se saturan de agua durante breves períodos cada año, debido al derretimiento de la nieve oa las fuertes lluvias. Los suelos que son predominantemente arcillosos harán pasar el agua muy lentamente hacia abajo, mientras que las raíces de las plantas se sofocarán porque el exceso de agua alrededor de las raíces elimina el movimiento del aire a través del suelo.
Otros suelos pueden tener una capa impermeable de suelo mineralizado, llamada capa dura o capas de roca relativamente impermeables que pueden subyacer a suelos poco profundos. El drenaje es especialmente importante en la producción de árboles frutales. Los suelos que por lo demás son excelentes pueden anegarse durante una semana al año, lo cual es suficiente para matar árboles frutales y costar la productividad de la tierra hasta que se puedan establecer reemplazos. En cada uno de estos casos, el drenaje apropiado lleva descargas temporales de agua para evitar daños a los cultivos anuales o perennes.

Las áreas más secas a menudo se cultivan con riego, y uno no consideraría necesario el drenaje. Sin embargo, el agua de riego siempre contiene minerales y sales, que pueden concentrarse a niveles tóxicos por evapotranspiración. La tierra irrigada puede necesitar lavados periódicos con agua de riego y drenaje excesivos para controlar la salinidad del suelo.

Un típico drenaje en Bankstown, Nueva Gales del Sur