En ingeniería geotécnica , el control del nivel freático es la práctica de controlar la altura del nivel freático mediante el drenaje . Sus principales aplicaciones son en tierras agrícolas (para mejorar el rendimiento de los cultivos mediante sistemas de drenaje agrícola ) y en las ciudades para gestionar la extensa infraestructura subterránea que incluye los cimientos de grandes edificios, sistemas de tránsito subterráneos y amplios servicios públicos ( redes de suministro de agua , alcantarillado , desagües pluviales y redes eléctricas subterráneas ).
El drenaje subterráneo [1] tiene como objetivo controlar el nivel freático de las aguas subterráneas en terrenos originalmente anegados a una profundidad aceptable para el propósito para el que se utiliza el terreno. La profundidad del nivel freático con drenaje es mayor que sin él.
En el drenaje de tierras agrícolas , el propósito del control del nivel freático es establecer una profundidad del nivel freático (Figura 1) que ya no interfiera negativamente con las operaciones agrícolas necesarias y los rendimientos de los cultivos (Figura 2, realizada con el modelo SegReg , consulte la página: regresión segmentada ).
Además, el drenaje de tierras puede ayudar con el control de la salinidad del suelo . La conductividad hidráulica
del suelo juega un papel importante en el diseño del drenaje.
Se requiere el desarrollo de criterios de drenaje agrícola [3] para brindar al diseñador y administrador del sistema de drenaje un objetivo a alcanzar en términos de mantenimiento de una profundidad óptima del nivel freático.
La optimización de la profundidad del nivel freático está relacionada con los beneficios y los costos del sistema de drenaje (Figura 3). Cuanto menor sea la profundidad permisible del nivel freático, menor será el costo del sistema de drenaje que se debe instalar para lograr esta profundidad. Sin embargo, la reducción de la profundidad originalmente demasiado superficial mediante el drenaje terrestre conlleva efectos secundarios . Estos también deben tenerse en cuenta, incluidos los costos de mitigación de los efectos secundarios negativos. [3]
La optimización del diseño del drenaje y el desarrollo de criterios de drenaje se analizan en el artículo sobre investigación de drenaje .
La figura 4 muestra un ejemplo del efecto de la profundidad del drenaje sobre la salinidad del suelo y varios parámetros de riego/drenaje simulados por el programa SaltMod . [4]
Históricamente, el drenaje de tierras agrícolas comenzó con la excavación de zanjas abiertas relativamente poco profundas que recibían tanto la escorrentía de la superficie de la tierra como la salida de las aguas subterráneas . Por lo tanto, las zanjas tenían una función de drenaje superficial y subterráneo.
A fines del siglo XIX y principios del siglo XX se sintió que las zanjas eran un obstáculo para las operaciones agrícolas y se reemplazaron por líneas enterradas de tuberías de arcilla (tejas), cada teja de unos 30 cm de largo. De ahí el término " drenaje de tejas ".
Desde 1960, se comenzaron a utilizar tuberías de plástico corrugado ( PVC o PE ) largas y flexibles que podían instalarse de manera eficiente de una sola vez con zanjadoras . Las tuberías podían envolverse previamente con un material envolvente, como fibra sintética y geotextil , que evitaría la entrada de partículas de tierra en los drenajes.
De esta manera, el drenaje de tierras se convirtió en una industria poderosa. Al mismo tiempo, la agricultura se encaminaba hacia la máxima productividad, por lo que la instalación de sistemas de drenaje entró en pleno auge.
Como resultado de los desarrollos a gran escala, muchos proyectos de drenaje modernos fueron sobrediseñados , [5] mientras que se ignoraron los efectos secundarios ambientales negativos. En los círculos con preocupación por el medio ambiente, la profesión de drenaje de tierras obtuvo una mala reputación, a veces con razón, a veces injustificada, en particular cuando el drenaje de tierras se confundió con la actividad más amplia de recuperación de humedales . Hoy en día, en algunos países, la tendencia de línea dura se ha invertido. Además, se introdujeron sistemas de drenaje controlados o revisados , como se muestra en la Figura 5 y se analiza en la página: Sistema de drenaje (agricultura) .
El diseño de sistemas de drenaje subterráneo en términos de disposición, profundidad y espaciamiento de los drenajes se realiza a menudo utilizando ecuaciones de drenaje subterráneo con parámetros como la profundidad del drenaje, la profundidad del nivel freático, la profundidad del suelo, la conductividad hidráulica del suelo y el caudal del drenaje. El caudal del drenaje se obtiene a partir de un balance hídrico agrícola .
Los cálculos se pueden realizar utilizando modelos informáticos como EnDrain, que utiliza el equivalente hidráulico de la ley de Joule en electricidad. [6]
El drenaje subterráneo de las aguas subterráneas también puede lograrse mediante pozos bombeados ( drenaje vertical , en contraste con el drenaje horizontal ). Los pozos de drenaje se han utilizado ampliamente en el Programa de Control y Recuperación de Salinidad (SCARP) en el valle del Indo de Pakistán . Aunque las experiencias no fueron demasiado exitosas, no se debe descartar la viabilidad de esta técnica en áreas con acuíferos profundos y permeables. Los espaciamientos de los pozos en estas áreas pueden ser tan amplios (más de 1000 m) que la instalación de sistemas de drenaje vertical podría ser relativamente barata en comparación con el drenaje subterráneo horizontal (drenaje por tuberías, zanjas, trincheras, a un espaciamiento de 100 m o menos). Para el diseño de un campo de pozos para el control del nivel freático, el modelo WellDrain [7] puede ser útil.
Una clasificación de los sistemas de drenaje se encuentra en el artículo Sistema de drenaje (agricultura) .
La mayoría de los cultivos necesitan un nivel freático a una profundidad mínima. [10] Para algunos cultivos importantes de alimentos y fibras se realizó una clasificación [11] porque a profundidades menores el cultivo sufre una disminución del rendimiento. [12]