TOMAS DIRECTAS 1. CRITERIOS DE DISEO Y VALORACIN DE TOMAS DIRECTAS 1.1 CRITERIOS PARA EL DISEO DE TOMAS DIRECTAS Por lo general para el diseo de tomas directas los tcnicos suelen utilizar una rutina de clculo, basada en una teora desarrollada por diferentes autores. Si bien est teora es til, para que la obra sea funcional para las condiciones de los ros de nuestro pas, es necesario tomar en cuenta una serie de criterios que permitan lograr un diseo adecuado. Por otra parte, los lugareos tienen un profundo conocimiento de las condiciones locales de los ros, ellos pueden proveer invalorable informacin acerca de la hidrologa de la cuenca, las lluvias, las crecidas, la estabilidad de las laderas y otros. Para el diseo es importante rescatar este tipo de informacin o conocimiento local, que junto al conocimiento tcnico da lugar a concebir una obra adaptada al medio, permitiendo su funcionalidad. Dentro de los aspectos ms importantes que se destacan de la evaluacin de las tomas directas estn:

La necesidad de un azud parcial para hacer funcional la obra El nivel de aguas normal y mxima del curso del ro La conformacin del fondo del lecho del ro.

1.1.1 La necesidad de un azud parcial para hacer funcional la obra y orientacin

del ingreso del agua a la toma En todas las obras estudiadas, se ha podido constatar que las obras de toma directa no funcionan si no tienen un azud rstico. Actualmente, los usuarios aportan con gran cantidad de mano de obra en la construccin de los mismos, puesto que en todos los casos el flujo del agua recorre en una cota inferior al ingreso de la toma. Solo en el caso de la obra de toma de Thaq'o Pampa, esta estructura no ha requerido de un azud de apoyo debido a que est ubicada en un lecho de bed rock (el fondo del lecho no se mueve) y el ro an en tiempo de estiaje mantiene un tirante de agua que puede ser aprovechado para captar las aguas del ro. Los orificios de ingreso como el caso de Naranjos, Capinota, La Paica, San Roque, Sapingo, La Vidriera, etc. estn ubicados en forma perpendicular al flujo del ro. En el caso de Thaq'o Pampa el orificio est ubicado en la pared lateral en direccin al flujo del ro, este concepto tambin fue manejado en la ubicacin de la toma de Hamiraya. En el caso de la toma de Playa Ancha el orificio de ingreso est ubicado en direccin del flujo, sin embargo, el flujo del agua est controlado por dos compuertas perpendiculares al ro que direccionan el flujo hacia el orificio de ingreso.

Dentro del anlisis y las investigaciones realizadas a diferentes tomas directas, se ha visto que el nico caso donde se puede implantar este tipo de obras, es en ros con flujo estable y permanente, que tengan la conformacin de bed rock en el lecho de fondo, bajo estas condiciones es ms aconsejable colocar una toma con un vertedor u orificio en direccin al flujo, ya que esta ubicacin no altera la geomorfologa del curso del rio, sin embargo, todo depender de las condiciones topogrficas. 1.1.2 El Nivel de Aguas Normal y Mxima del Curso del Ro Los casos estudiados muestran que el requerimiento de agua para riego es en todos los meses del ao, es decir que, la obra de toma debe poder captar agua en estiaje y en poca de lluvias. Como ya se mencion, las obras construidas tienen un funcionamiento parcial, excepto Thaq'o Pampa que funciona en todas las pocas del ao. En el caso de las obras que no funcionan o funcionan parcialmente, se pudo verificar que el flujo de los ros es extremadamente fluctuante (desde riadas torrentosas hasta caudales mnimos), adems el flujo tiende a recorrer direcciones cambiantes definidas por las caractersticas del ro. En el caso de Thaq'o Pampa, la disponibilidad de agua y las caractersticas del ro permiten la captacin de agua permanente. El lecho rocoso, riberas estables y el ro angosto favorecen el funcionamiento de esta obra, puesto que se mantiene un nivel de aguas fcilmente aprovechable durante todo el ao. 1.1.3 Conformacin del Lecho del Ro

Pendiente

Dentro de la bibliografa que se ha podido consultar y la propia experiencia tanto en el diseo como en la construccin de obras, este tipo de estructuras estn emplazadas en pendientes del orden del 1 % al 0.001 %. El siguiente cuadro muestra las pendientes de los ros donde fueron emplazadas las obras:

Cuadro N 1 Pendientes de los Ros en Tomas Investigadas

Toma Pendiente % Naranjos 0.3D

Paica 0.15 Sapingo 0.15

San Roque 0.15 La vidriera 0.15

Paja 0.30 Capinota 0.12

Irpa Irpa 0.12 Hamiraya 0.12 Via Vieja 0.25

Playa Ancha 0.17 Ucuchi 0.12

Las obras de toma directas han sido emplazadas en lugares de los ros con pendientes suaves. En el caso de las obras de toma directa en los ros de Tapacar y Arque, a la altura del ingreso hacia los valles la pendiente promedio es del 1.2 %0. En el caso de obras ubicadas en el ro Tumusla est pendiente no aumenta en forma significativa. En los casos de Thaq'o Pampa y Naranjos, la pendiente se incrementa al 3 %0. Son varios los factores que determinan la ubicacin de una obra de toma, siendo la pendiente un elemento a considerar debido a la influencia que tiene en el arrastre de materiales, la cantidad de azolves y su ubicacin. La totalidad de estas obras han sido construidas en lugares donde estaban emplazadas obras de toma directa rsticas, donde la estructura de derivacin es temporal, compuesta por una seccin fusible que es destruida en cada riada.

Caudal Slido del Ro Este caudal es el conjunto o la suma del caudal en suspensin ms el caudal slido de fondo y el lavado lateral o deslizamiento de taludes de las mrgenes. El mencionado caudal tiene una estrecha relacin con la pendiente del fondo del ro y el comportamiento de la cuenca. En el caso de que exista una alta concentracin de material slido en suspensin d959 en rangos de 5 a 6 mm son manejables con la construccin de desarenadores, menores al rango mencionado incrementan los costos de mantenimiento. En todo caso es recomendable realizar estudios ms profundos sobre el tipo de sedimentos para realizar un adecuado diseo del desarenador. 9 Dimetro Caracterstico (curva granulomtrica)

Caudal Slido de Fondo

Nos ocuparemos especficamente del caudal slido de fondo, debido a su importancia. Conceptualmente es el volumen de sedimento transportado por un flujo, esto quiere decir la cantidad de sedimento en m3/volumen de agua, o ms concretamente la cantidad de arrastre de material en movimiento. Cuando el d95 es mayor a 10 cm se considera como un transporte fuerte, el cual ocasiona daos a las diversas estructuras, arrastres del orden del d95 con un mximo de 5 cm es considerado un transporte de fondo mediano el cual no acarrea ningn tipo de problemas con las tomas. Dentro del concepto del caudal slido de fondo, el inicio de movimiento en el fondo

del lecho es el denominado transporte slido de fondo, que es la capacidad del agua de mover un dimetro caracterstico de sedimento, este transporte depender de las condiciones del ro, en el que intervienen varios componentes, uno de ellos es el grado de estabilidad que presenta la cuenca, que puede generar aportes de sedimentos producto de los diferentes procesos erosivos, que despus son transportados a travs de su lecho. Adicionalmente a ello, las caractersticas geomorfolgicas, principalmente la pendiente influirn en la capacidad de transporte de un flujo. Para un cierto caudal, las partculas ms pequeas de fondo del cauce son desplazadas hacia aguas abajo, mientras que las ms grandes quedan en el sitio. De esta forma el lecho del ro se va librando gradualmente de las partculas menores de un cierto dimetro y va recubrindose de las partculas mayores que el flujo no puede arrastrar. En consecuencia, el lecho se acoraza y ste queda cubierto por una capa de partculas de un cierto dimetro relativamente grande, que protege las partculas de las capas inferiores, aunque sean de dimetros menores. Producido el acorazamiento cesa el transporte de fondo hasta que ocurra una crecida con un caudal capaz de romper el acorazamiento, de ello se desprende que la tendencia de un cauce al proceso anteriormente explicado ser mayor a medida que el rango granulomtrico del material de fondo sea ms amplio, esto demuestra la influencia que tiene el anlisis de la granulometra en el transporte slido de fondo. Estos procesos se perciben en todas las tomas que tienen azud en toda su seccin transversal del ro, tambin pueden ocurrir en lugares donde existen pendientes bajas, sin necesidad de contar con azud, procesos que son destruidos en la poca de crecidas. En otros casos como el de la toma de Naranjos en Tarija que tiene un azud de aproximacin, rompe el anterior proceso, debido a una concentracin del flujo al inicio del muro gua del azud, donde se da inicio a un proceso de socavacin en el ro, lo cual hace que la toma se encuentre en una cota superior al fondo del ro, de donde supuestamente se debe captar el agua. Debido a las caractersticas de nuestras cuencas, sus procesos geomorfolgicos, drenaje, erosin, pendientes, litologa, uso actual de suelos y riesgos, ser una constante permanente en el diseo de tomas, tener un cuidado especial sobre el caudal slido, para lo cual antes de la toma de decisiones para optar por una toma directa u otro tipo de obra, ser necesario realizar todas las investigaciones sobre las cantidades y caractersticas del caudal slido del ro. Lamentablemente, en todas las obras de tomas estudiadas ninguna cuenta con estudios sobre las caractersticas, cantidades y comportamiento de los sedimentos.

Curso del Ro

Este aspecto tiene mucha importancia a la hora de tomar la decisin de la ubicacin de la obra de toma. La cantidad de sedimentos de fondo que ingresa a la toma puede reducirse en funcin del ngulo de ubicacin del eje de la toma. El valor mnimo para el ingreso de sedimentos se obtiene con un ngulo entre 30 a 90. La correcta

eleccin de un ngulo de derivacin est definida por el eje de derivacin y la direccin original del flujo, siempre y cuando exista un tramo de lecho estable (bed rock) y el ro tenga un tirante estable en poca de estiaje, tal es la situacin de la toma Thaq'o Pampa. En caso de encontramos con curvaturas en los ros, es conveniente ubicar la toma en la orilla cncava de un ro, por lo general en este lado se profundiza ms el ro y la playa se encuentra en el lado convexo, dependiendo de la topografa el sitio se puede desplazar hacia aguas abajo, ubicndola donde termina la concavidad y comienza la parte convexa.

Ancho del Ro

En todo el pas existen ros con diferentes secciones transversales. Por motivos prcticos y para la ayuda de toma de decisiones a continuacin presentamos una clasificacin de acuerdo al acho del ro, que definir el tipo de obra a disearse:

En anchos de ros de 0 hasta 15 m se recomienda construir un azud en todo el ancho del ro, siempre y cuando las condiciones para la construccin de estas obras sean adecuadas, en este caso este tipo toma se convierte en una toma tipo "presa derivadora".

En anchos de ros de 15 m hasta 50 m se puede construir tomas directas siempre y cuando el ro sea de flujo permanente y su sitio de ubicacin se encuentre en un lecho estable, siendo recomendable que el mencionado lecho sea de bed rock. En caso de tomarse la decisin de construir un azud en todo el ancho de ro, se deber estudiar la factibilidad econmica. Por ejemplo, en el caso de la toma de Playa Ancha en una primera instancia se construy un azud parcial de 30 metros de longitud, que solo cubra una parte del ancho del ro y fue destruido, en la actualidad se est construyendo un azud de 80 metros de longitud en todo el ancho del ro.

En ros mayores a 50 m de ancho, normalmente no son aconsejables este tipo de obras debido a q e en poca de estiaje requieren de trabajos fuertes de mantenimiento y e poca de lluvias son operables solo cuando el nivel de las aguas llega hasta el sitio de la obra, tal como sucede en las tomas ubicadas en los ros de Tapacar y Arque en Cochabamba y el ro Grande en Camargo Chuquisaca.

Solo pueden construirse tomas directas siempre y cuando existan condiciones excepcionales, como que el ro cuente con flujo permanente en el sitio de la toma y que la obra est ubicada en un lecho estable, siendo recomendable que el mencionado lecho sea de bed rock

Manejo de Cuenca El manejo y mejoramiento de la cuenca debe ser un objetivo a mediano y largo plazo para reducir la erosin y los daos por las crecidas. Es necesario asumir que las inundaciones, los deslizamientos y la erosin deben ser reconocidos como ocurrencias naturales y que estos continuarn hasta concluir la etapa del manejo de la cuenca, por lo que la gran cantidad de carga del ro movida por la escorrenta va a complicar un manejo seguro de la toma, por ello debe disearse un plan adecuado para mantenimiento de emergencia. Cuando uno ingresa a una cuenca desconocida, es preciso efectuar un relevamiento a nivel general de la misma, en lo posible con el apoyo de fotografas areas, con el fin de disponer de ideas generales sobre las caractersticas de la cuenca. Una vez efectuado este trabajo se deber realizar un diagnstico de la cuenca en diferentes direcciones, pero el ms interesa es el diagnstico biofsico, que consiste en identificar las zonas de intervencin prioritaria (zona con deslizamientos activos e inactivos y diferentes tipos de erosin activa potencial) sobre la base de un estudio sobre riesgos de erosin y degradacin de tierras donde se tiene que llegar a conocer:

Mapa zonificado con problemas de deterioro de la cuenca. Identificar los problemas erosivos con mayor relevancia sobre la base del

mapa de riesgos de erosin y degradacin de tierras, segn grados de riesgo. Sobre este particular el Programa de Manejo Integral de Cuencas PROMIC, ha desarrollado una metodologa denominada "anlisis de ndices" que consiste en la asignacin de ciertos valores o pesos a las unidades espaciales de acuerdo al grado de riesgo que representa cada unidad y de acuerdo a ello la forma de intervencin. 1.2 COMPORTAMIENTO DE LOS COMPONENTES DE UNA TOMA Descripcin de la Toma Directa Las obras de derivacin directa captan descargas previamente determinadas desde un ro, para conducirlos a un sistema de riego. Las funciones que deben cumplir las obras de derivacin directa son:

1. La descarga de diseo previamente determinada debe ser siempre captada an en periodos de baja descarga. En general deben captar un caudal aproximada ente constante para cualquier descarga del ro, constituyen se en un mecanismo de regulacin.

2. Debe operar adecuadamente durante crecidas, proporcionando seguridad a las estructuras, objetos y personas.

3. Debe separar el caudal slido del caudal lquido, evitando en lo posible el ingreso de material slido. En el caso de que el material slido ingrese, debe ser eliminado fcilmente por el mismo flujo del agua.

4. Las obras de derivacin directa se utiliza por lo general en pequeos proyectos, por lo tanto, estas deben ser econmicas, y de operacin y mantenimiento simples.

En el caso de las tomas estudiadas en la descripcin de cada una de ellas se ha descrito su forma de captacin, que por lo general en periodos de estiaje puedan captar caudales de baja descarga, despus de que los usuarios del sistema hayan realizado la reparacin de las obras de derivacin temporal rstica. Solo en el caso de las tomas de Thaq'o Pampa y Naranjos, estas estructuras cumplen con las funciones que se detallaron en el prrafo anterior. 1.2.1 Partes de una Toma Directa Las partes de una toma directa se presentan en las siguientes figuras.

Figura N 1 Esquema en Planta de una Obra de Toma Directa

Rio

Vertedero

Desviacin Rustica

Canal

Canal de Aproximacin

Orificio de Ingreso

Cmara de Control

Figura N 2 Perspectiva de una Obra de Toma Directa emplazada en un Rio Orificio de Ingreso Orificio de ingreso con reja de entrada que impide que pase material slido, flotante o demasiado grueso hacia la conduccin. Para ello el umbral del orificio debe estar ubicado a cierta altura del fondo del ro y la separacin entre barrotes normalmente no debe ser mayor de 20 cm. Este orificio debe ser controlado mediante stop logs 10 10 Maderas trabadas que son operadas mediante guas laterales Vertedero El vertedero puede estar ubicado en forma frontal o lateral en la direccin del flujo del ro. La pared del vertedero debe ser movible (stop log), para de esta manera pueda limpiarse el lugar de la toma con el propio flujo del ro.

Rio

Vertedero

Canal

Canal de Aproximacin

Orificio de Ingreso

Cmara de Control

Compuerta de Control

Cmara de control No importa si la decisin tcnica de disear la toma es en forma de orificio o vertedero, esta estructura debe contar con una cmara de control, donde debe ubicarse una compuerta, a la salida del canal de aduccin, de esta manera existe un espacio donde se podr realizar trabajos de reparacin o mantenimiento de la toma. Este tipo de estructura ha sido construido en la toma Thaq'o Pampa. Azud de Aproximacin Cuando los ros son amplios y no son muy estables es necesario construir un canal de aproximacin para poder ayudar a direccionar al flujo de agua hacia la obra de toma, como en el caso de Naranjos. En casi todos los sistemas, los usuarios construyen derivaciones rsticas de piedras y ramas. En su generalidad, los canales de aproximacin, como los azud es rsticos estn ubicados a 30 del eje transversal del ro, aguas arriba de la toma Canal de Aduccin Es el canal que transporta el agua necesaria en el sistema de riego, que es captada por la obra de toma y que antes de conducir las aguas al sistema de distribucin pasa por un desarenador. Desarenador El desarenador es una cmara donde se decanta o se asientan los materiales slidos que logran pasar el orificio de ingreso o el vertedero, Lo ptimo es que la mayor parte del material en suspensin y grueso que llega al desarenador se deposite en el fondo y no pase al canal. 1.3 COMPORTAMIENTO ANTE FACTORES DE RIESGO. Para disear una obra de toma directa es importante considerar los siguientes factores de riesgo que van a influir en la funcionalidad de la obra.

Crecidas: Se ha podido constatar que la mayora de las obras son diseadas con 25 aos como el tiempo de recurrencia (Naranjos, San Roque. La Paica Sapingo). Para el diseo de estas obras por su ubicacin y ser vulnerables ante las crecidas de los ros, deberan considerarse 100 aos como tiempo de retorno.

Arrastre de Sedimentos: Este aspecto est en directa relacin con el comportamiento de la cuenca, las zonas potenciales erosionables y el comportamiento hidrolgico. Es sumamente importante aunque costoso que antes de construir una obra de toma se realice un estudio integral de la cuenca

e intervenir con todas las obras indicadas, sin embargo, este aspecto tiene severas limitaciones debido a que los costos son altsimos e inviabilizara el proyecto de un sistema de riego dentro de la cuenca, a no ser que se considere un proyecto integral que agrupe a los sistemas de riego existentes en la cuenca.

Prcticamente en todas las obras estudiadas existe el problema de arrastre de sedimentos, que ocurre fundamentalmente en la poca de lluvias, periodo en el que existen crecidas permanentes e instantneas y cubren con sedimentos la obra de toma, o desvan el curso del ro, lo cual requiere un continuo mantenimiento para habilitar la toma. La nica forma de paliar este problema es construir obras de control en la cuenca.

Caudales Mnimos. Las obras de toma directa son eficientes en la captacin de caudales mnimos, siempre y cuando estn ubicadas en tramos estables, en lo posible con fondo de lecho de ro de bed rock, caso contrario, cuando el cierre es parcial existen dificultades para captar las aguas y normalmente lo que se ha visto es que el ro se profundiza al inicio del muro de aproximacin, por lo que los usuarios del sistema tienen que aumentar este muro de forma rstica para captar los caudales mnimos. En todo caso es siempre conveniente que la obra de toma tenga un azud que cierre el cauce del ro

1.4 CRITERIOS DEL SISTEMA TERICO Dentro del clculo hidrulico de la toma, en el caso de la toma directa de Thaq'o Pampa, Paica y Sapingo, estas obras han sido diseadas como orificio a flujo libre, similar situacin ocurri con la toma de Naranjos, pero sta adicionalmente cuenta con un azud de aproximacin. En los casos investigados no han existido problemas en su diseo hidrulico, debido a que se utilizaron las frmulas universalmente aprobadas, sin embargo, existen problemas en la captacin del flujo de agua del ro. Segn informacin recibida del tcnico que realiz la supervisin de las obras de Camargo, las tomas de La Paica, Sapingo y San Roque en su diseo preliminar fueron diseadas como tomas directas con azud a manera de presa derivad ora y durante la ejecucin, fueron cambiados los diseos, al tipo de estructuras que actualmente existen, tal como se explic en captulos anteriores. El anlisis hidrolgico para la determinacin de las mximas crecidas y la determinacin de su tiempo de recurrencia son aspectos que tienen que tomarse encuenta en forma seria y responsable, aspectos que en la totalidad de los casos investigados son escasos y pobres, se ha podido notar que no se da la importancia que deberan tener estos estudios. Por otra parte, el anlisis de la cantidad y caractersticas

de sedimentos, arrastre de material, el clculo de la profundidad de socavamiento y la determinacin de la profundidad del bed rock, son otros aspectos que no se tomaron encuenta. La decisin para determinar si la toma directa debe construirse con un azud en toda la seccin transversal del lecho del ro a manera de presa derivadora, sin lugar a dudas es bastante difcil y compleja, ya que esto est en directa relacin con el presupuesto de la obra y la utilidad que esta tiene dentro del sistema de riego expresada en rea bajo riego y beneficiarios, pero desde el punto de vista tcnico, no tiene sentido construir una obra de toma sin azud. Solo se podra dar en situaciones de flujo permanente del ro, donde se mantenga tirantes de agua sin mucha variacin, fundamentalmente en poca de estiaje, paralelamente a ello, el ro deber tener una seccin transversal estable y si el fondo del ro es de bed rock mucho mejor. 1.5 CARACTERSTICAS CONSTRUCTIVAS DE LA TOMA Los estudios bsicos en lo que se refiere a la hidrologa con la determinacin de la mxima crecida, estudios sobre el comportamiento de los azolves, anlisis de la profundidad de socavamiento, determinacin de la profundidad del lecho aluvial o la profundidad del bed rock, en mucho de los casos de todas las obras investigadas han tenido que ver con decisiones que han podido afectar el comportamiento estructural de la obra de toma. Para la determinacin de la profundidad de cimentacin es necesario determinar la profundidad de socavamiento y de acuerdo a ello definir el tipo de cimentacin para garantizar la estabilidad de las obras. Obras como la de Thaq'o Pampa, Naranjos y San Roque han tenido problemas de socavamiento en las estructuras que estn en contacto con el flujo del ro. Las obras con azud o muro de aproximacin en la mayora de los casos en el inicio o punta de esta estructura sufren de un proceso de socavamiento, donde el fondo del ro tiende a profundizarse y se hace muy difcil la captacin de agua del ro en pocas de estiaje. En la medida de las posibilidades, el azud o muro de aproximacin y la cmara de control debe ser de hormign armado, debido a que estas estructuras estn expuestas a crecidas de los ros y al impacto del material ptreo. 1.6 ANLISIS DE LA ADAPTABILIDAD DE LA OBRA DE TOMA A LA

CAPACIDAD DE GESTIN Los resultados de investigaciones sobre la gestin de agua en sistemas de riego bajo gestin campesina nos permiten concluir que cada sistema tiene una gestin de agua particular, sin embargo, existen una serie de principios o criterios comunes de gestin de agua. Principios de gestin entendemos como la base o criterios fundamentales en

los cuales se sustentan los acuerdos y actividades que moldean la gestin de agua y se manifiesta en una diversidad de reglas especficas para cada sistema de riego. Los principios de gestin son a la vez principios de diseo en los momentos en los cuales se hace modificaciones en el sistema de riego. Para las instituciones que hacen intervenciones en sistemas de riego campesinos es importante analizar estos principios, puesto que la adaptabilidad de la obra a la capacidad de gestin depender en gran parte de que estos principios sean claros en el sistema de riego mejorado. La capacidad de operar y mantener el sistema es posiblemente el factor ms importante que regula el diseo de sistemas de riego en la zona montaosa. La determinacin de las habilidades de mantener la infraestructura debe considerarse cuando se selecciona una alternativa de las muchas opciones de diseo. Seleccionar la estructura correcta no es suficiente, el riego no ser posible si no se establecen claramente los acuerdos, normas, reglas para la gestin del sistema de riego mejorado. Por lo mencionado, la evaluacin sobre la adaptabilidad del "diseo de la infraestructura y gestin" a la capacidad de gestin de la organizacin puede realizarse a travs del anlisis de dichos criterios, siendo estos los que se indicaran seguidamente, sin embargo, debido a que son muy pocos los casos de relativo xito, difcilmente se puede arribar a conclusiones acertadas al respecto. Por esta razn, mencionamos los criterios a manera de conocimiento en algunos casos y se recurre a ejemplos en otros, cuando se tenga que disear y construir infraestructura de riego:

Comprensin

Un sistema de riego es comprensible cuando todos los usuarios (hombres, mujeres, nios, ancianos) entienden el funcionamiento de la infraestructura y la gestin del sistema de riego. Todos entienden y asumen las bases para la asignacin de agua, todos puedan entender y participar en la operacin/distribucin del agua y adicionalmente mantener la infraestructura.

Minimizacin de conflictos Se entiende como la capacidad de evitar conflictos, siendo esta una caracterstica de los sistemas de riego bajo gestin campesina. La infraestructura de este tipo de sistemas contribuye a este criterio, tal como indica Vermillion citado por Yoder (1989), los agricultores prefieren minimizar la divisin de canales y los niveles dentro de la jerarqua de las redes. En Bolivia por ejemplo existe la prctica de la construccin de una serie de tomas de agua dentro de un mismo ro, que benefician independientemente a cada sistema de riego, evitan mediciones de flujo de manera que la distribucin tambin sea transparente.

Equidad

Entendemos por equidad con relacin a la infraestructura, si la infraestructura existente permite hacer uso de los derechos al agua en iguales condiciones para todos los usuarios. Al ser la toma una obra de beneficio comn, con su construccin no se altera este principio, excepto cuando no se haya tomado en cuenta a determinados grupos de usuarios, cosa que no sucedi en ninguno de los casos estudiados. Tambin es importante tomar en cuenta la distribucin de las responsabilidades del mantenimiento de las obras en funcin al beneficio que tiene cada uno, pues esto permitir la equidad en el sistema mejorado. Sin embargo, es imprescindible tomar en cuenta que es lo que los campesinos entienden por equidad, puesto que de un sistema a otro la concepcin es diferente y est basado en las condiciones del entorno mayor: aspectos culturales, econmicos, fsico natural y otros.

Capacidad de uso y control Es la aptitud de la gente para hacerse cargo de la tecnologa introducida para lo cual se requiere: organizacin, conocimiento y dinero. Las deficiencias o limitaciones de la toma directa construida, especialmente relacionadas con la posibilidad de mantenimiento limitan la capacidad de control. Esta limitacin en la capacidad de control conlleva a que la obra se vaya deteriorando paulatinamente, o finalmente la abandonan como ocurre en la toma de La Palca. En el caso de la toma Tambillo (sector Via Vieja) y otros, el control que estn ejerciendo los usuarios para mantener la obra est basado en ensayos de prueba y error por ejemplo en poca de estiaje hacen el encauzamiento del agua hacia la toma mediante un azud de aproximacin construido con tierra y piedra, dichas prcticas son ms medidas paliativas que soluciones definitivas. Una obra bien construida, aumentara las posibilidades de control y disminuira la inversin de mano de obra y dinero destinada a las actividades paliativas. En el caso de La Vidriera y La Palca el mantener su respectiva obra de toma, ha rebasado las capacidades de los usuarios, cuya consecuencia es su desuso y el retorno a las practica tradicionales de construccin del rameo (cerrar el frente del ro con ramas de molle, piedras y sacos de arena) para captar el agua. El cambio de una toma rstica a una toma directa ha demandado mayores requerimientos ms all de sus capacidades, en los casos mencionados, los usuarios no cuentan con recursos suficientes ni capacidad tcnica para enmendar las falencias constructivas. Lo indicado permite concluir que la introduccin de una obra de toma puede crear dependencia econmica y dependencia de conocimiento. De cualquier manera la dependencia econmica es ineludible, los usuarios tendrn que hacer un aporte econmico tarde o temprano. Lo importante es que esos aportes sean bien utilizados. El buen uso de los mismos va a depender del conocimiento que tengan los usuarios

para mantener su sistema. Esto significa que no solamente se requiere de un manual de mantenimiento como se suele sugerir en los proyectos, sino adicionalmente una preparacin prctica a todos los usuarios.

Flexibilidad La flexibilidad se entiende como la capacidad de la red fsica del sistema de adecuarse para poder responder a las necesidades cambiantes de agua de los usuarios. En el caso de la toma estudiada, en general stas tienen muchas limitaciones y no responden a las necesidades de los usuarios. Por otra parte, por lo general cuando se cuenta con obras ya no es posible realizar la prctica del lameo como sola ocurrir en los sistemas del Valle Bajo de Cochabamba. Adems, el diseo fsico o de infraestructura es flexible cuando permite captar flujos altos y bajos, en los casos estudiados, en pocas de crecidas se col mata el ingreso de las tomas, evitando el uso de agua, esto se agrava mucho ms cuando el desarenador no permite una limpieza permanente de sedimentos. En poca de mxima escasez de agua, para funcionar la obra requiere de labores adicionales para encauzar el flujo hacia la toma o como se explic hacen la prctica del rameo.

Funcionalidad La funcionalidad de una obra est relacionada con el cumplimiento del objetivo de los usuarios para lo cual se ha construido la misma. Una toma puede tener el objetivo de: captar mayor agua, disminuir la mano de obra invertida en la reconstruccin permanente, asegurar la disponibilidad de agua en poca seca y de lluvias, reducir vigilancia y como en el caso de la toma de Thaq'o Pampa - Alizar (Paja) que permanentemente capte el agua para doble propsito; riego y energa elctrica. O tambin puede existir el caso de una combinacin de objetivos. En el caso de la toma de Thaq'o Pampa - Alizar (Paja) se podra indicar que la toma cumple con su funcin, los usuarios aceptan la obra porque ha permitido la reduccin de mano obra en la reconstruccin (aunque hay demanda de mano de obra para el mantenimiento), asegura la captacin de agua disponible, ha reducido la necesidad de vigilancia, lo mismo sucede con las tomas de Naranjos y Playa Ancha. Contrariamente, en los casos de La Palca y La Vidriera, las obras de toma al estar inhabilitadas, no cumplen con su funcin. El resto de las tomas cumplen con su funcin parcialmente o requieren labores adicionales (construccin de azudes rsticos de aproximacin) para permitir su funcionamiento, pero inclusive solamente en determinada poca. Una obra de toma es funcional cuando puede captar el agua para satisfacer los requerimientos de riego tanto en poca seca como de lluvias. Por las condiciones climticas de nuestras zonas, en el periodo de lluvias existe la necesidad de complementar con riego los requerimientos hdricos de los cultivos. Es justamente en

este periodo que las reas cultivadas son generalmente mayores a las de la poca seca, razn por la cual, la obra de toma debe responder a este requerimiento. Los casos investigados muestran que en el calendario agrcola existen fechas indicativas de siembra y cosecha, consecuentemente, determinadas fechas de necesidad de riego, esto con el objetivo de que la produccin se acomode a los requerimientos del mercado, a la diversificacin de productos de consumo para la familia, a la reduccin de riesgos (heladas) y otros. Este anlisis permite observar que la obra de toma deber responder a estos requerimientos para ser funcional.

Sostenibilidad Es entendido como la habilidad para movilizar recursos propios (conocimiento, dinero, mano de obra, material) de los usuarios para responder a la necesidad permanente de continuar operando y manteniendo el sistema de riego mejorado. Difiere del concepto de durabilidad de la obra. La sostenibilidad est afectada por una serie de aspectos como se mencionan a continuacin: El aporte econmico por usuario es menor cuando mayor es el nmero de usuarios de un sistema, lo que permite contar con recursos inmediatos. En cambio, cuando el nmero de usuarios es menor, los aportes correspondientes a cada usuario son mayores, lo que dificulta atender los requerimientos de la obra debilitando las posibilidades de sostenibilidad. En los casos analizados, al ser sistemas pequeos que cuentan con menor nmero de usuarios y algunos situados lejos de centros poblados, tienen menores posibilidades de relacionarse con instituciones como el municipio, ONGs y entidades financieras, para obtener recursos y asistencia tcnica que responda a cualquier requerimiento de la obra, lo que va a repercutir en la sostenibilidad del sistema. La sostenibilidad de un sistema, tambin est afectada por las migraciones temporales, aspecto que impide que se cuente con mano de obra de manera inmediata, por lo general los jvenes y personas de mediana edad tienden a migrar, quedando en la comunidad los nios, mujeres y ancianos. Esta situacin obliga a que durante el diseo de la infraestructura se analice las posibilidades de mantenimiento tomando en cuenta el tipo y disponibilidad de mano de obra o fuerza de trabajo. Asimismo, esta situacin conlleva a que muchas veces las decisiones e intervencin oportuna (mantenimiento de emergencia), se postergue hasta cuando vuelvan los que han migrado para encarar los problemas, que muchas veces es a destiempo. La sostenibilidad de la obra tambin est afectada por la diversidad de "usuarios" (propietario, partidario, jornalero), as por ejemplo la respuesta y grado de compromiso de un propietario, ser muy diferente al de un jornalero, puesto que sus objetivos de participar en este trabajo son diferentes.

La participacin de los usuarios durante todo el proceso de diseo contribuir en la sostenibilidad de la obra. El usuario puede contribuir con conocimiento de experiencias locales y conocimiento de su medio (por ejemplo informacin sobre comportamiento del ro en diferentes pocas del ao). Por otra parte, en la etapa de ejecucin la intervencin de los usuarios con mano de obra permitir que stos tengan conocimiento del proceso constructivo y adquieran prcticas constructivas que luego facilitarn los trabajos de mantenimiento y/o reparaciones. Asimismo, la participacin de los usuarios en la supervisin o seguimiento a las actividades de construccin posibilitara asegurar la calidad de la obra, efectuar ajustes o cambios oportunos y adquirir conocimientos "tcnicos" para poder mantener la obra. Tambin en la etapa de ejecucin se debera explicar y efectuar prcticas con los usuarios sobre las actividades inherentes a la operacin y mantenimiento de la obra, denotando los peligros o riesgos que podra tener la obra en ausencia de dichas prcticas. Otro elemento muy importante es la concertacin tcnico - social, que debera ocurrir desde el inicio de los estudios, la ausencia de dicho proceso puede derivar en desacuerdos y conflictos entre usuarios durante y luego de la etapa de ejecucin. Esta situacin ocurri en el sector de Via Vieja, al tratar de integrar mediante una sola toma de captacin a varios sistemas independientes como: Taqh'o Pampa, Tambillo, Via Viejita, Las Coloradas y El Bujeo. Tcnicamente fue una propuesta novedosa, pero lamentablemente fue concebido y formulado sin la profundizacin necesaria para que puedan ocurrir estos cambios. Finalmente, durante el proceso de ejecucin es imprescindible atender las observaciones justificadas provenientes tanto de los usuarios como de la entidad de acompaamiento. Cuando las observaciones y reclamos son atendidos permite introducir cambios o adecuaciones pertinentes. 2. A MANERA DE CONCLUSIN: VALORACIN FINAL SOBRE LAS

TOMAS DIRECTAS Luego de hacer un anlisis de los aspectos que intervienen en el funcionamiento hidrulico y sus implicancias en la gestin de agua de las obras de toma directa, se llega a la conclusin que este tipo de estructuras no han dado buen resultado y no se adecuan a las caractersticas de los ros del rea andina de Bolivia. La principal razn para lo indicado, es la inestabilidad en el comportamiento de nuestras cuencas, que tienen una relacin directa con los ros y la gran variabilidad de su flujo, debido a que en la poca de lluvias se suceden grandes crecidas con suspensin y arrastre de materiales y en la poca de estiaje prcticamente el caudal de los ros no existe o es de muy poca cuanta, para lo que se hace necesaria la construccin de azudes rsticos para captar las aguas, demandando mucha mano de obra, que al sobrepasar las posibilidades de este aporte por parte de los usuarios,

inclusive las tomas llegan a ser abandonadas. La gran complejidad en la hidrulica de los ros, su morfologa y lo impredecible de su naturaleza, hace que las tomas directas sean recomendables en condiciones excepcionales, debiendo ser sus principales caractersticas:

Ubicacin de la toma en lecho angosto de bed rock.

Cursos de ros de aguas permanentes, con tirantes estables. En caso de no contar con las condiciones anteriores y tener la necesidad imperiosa de captar aguas debern construirse:

Estructuras de ingreso y control del agua al canal de aduccin, de tipo temporal.

Estructuras de derivacin temporal rstica de seccin fusible, para el direccionamiento de las aguas.

En caso de no tener las condiciones anteriores, exista la necesidad imperiosa de captar aguas y se cuente con presupuesto las tomas siempre debern contar con un azud, por lo que esta se constituira en una toma presa derivadora.

Desde el punto de vista tcnico existe una polmica sobre el concepto tcnico de las obras de toma directas comparada con las tomas que tienen azud o tomas tipo presas derivadoras. La experiencia ha demostrado que las tomas directas no funcionan sin azud, ya sea incorporado a su estructura o un azud rstico, salvo casos excepcionales. Por todo lo expuesto, para concluir se puede afirmar que por las caractersticas que se presentan normalmente en nuestros ros es ms recomendable disear una toma tipo presa derivadora, aunque el costo es mayor. Si por alguna razn se opta por disear una toma directa en ros con lechos anchos, el equipo tcnico debe informar a los usuarios la necesidad de construir y reconstruir permanentemente un azud rstico para captar el agua, de manera que no se establezcan falsas expectativas, en relacin a la disminucin de inversin de mano de obra como suelen esperar los campesinos. En caso de que las condiciones de ro permitan el diseo de toma directa, se puede remitir al captulo siguiente, que presenta el diseo hidrulico. 3. DISEO HIDRULICO DE TOMAS DIRECTAS Cuando las condiciones del ro son favorables: lecho estable (bed rock), nivel de agua fcilmente aprovechable, la eleccin de la ubicacin de la obra de toma, tiene una importancia decisiva en el futuro funcionamiento y comportamiento de la estructura

hidrulica, pero est en dependencia de las caractersticas topogrficas y necesidades de captacin de recursos hdricos. La experiencia ha demostrado que existe un funcionamiento ptimo en tramos rectos, el valor mnimo para el ingreso de sedimentos se obtiene con un ngulo entre 30 a 90. La correcta eleccin de un ngulo de derivacin est definida por el eje de derivacin y la direccin original del flujo, es uno de los ms importantes parmetros, siempre y cuando la ubicacin este dada en un tramo recto. En caso de encontramos con curvaturas, es conveniente ubicar la toma en la orilla cncava de un ro, por lo general en este lado se profundiza ms el ro y la playa se encuentra en el lado convexo, dependiendo de la topografa, el sitio se puede desplazar hacia aguas abajo, ubicndolo donde termina la concavidad y comienza la parte convexa.

Fig. N 3 Forma de captacin de una Toma directa La ubicacin del sitio de la toma directa debe ser tal, que no requiera de obras adicionales (azud o muro de aproximacin) para su funcionamiento. La figura No. 3 ejemplifica la concepcin de una toma directa, denotando la ausencia de un azud, en la figura se observa tambin que el ro tiene un caudal Qt encontrndose en rgimen estable, del cual el caudal Qc es derivado al sistema de riego.

B Qc

Canal de Aduccin

Qt Qr

3.1 DISEO HIDRULICO DE LA TOMA Luego de la decisin sobre la ubicacin de la obra de toma en base a las necesidades (Qc caudal de diseo) y la topografa correspondiente, se realiza el clculo de mximas crecidas para un tiempo de recurrencia preferiblemente de 100 aos. Paralelamente a ello es necesario tener un diagnstico general del comportamiento de la cuenca y sus potenciales riesgos, por otra parte es importante realizar estudios para la determinacin del tipo de arrastre de sedimentos, su granulometra e investigar la conformacin, potencia del lecho del ro y la ubicacin del bed rock (la ubicacin ptima de estas obras son en lechos de afloramiento de roca). Con toda la informacin anterior, en caso de tomar la decisin de implantar una obra de toma, en un lecho de ro que no tenga afloramiento de roca, el cual no es recomendable para este tipo de obra, ser necesario calcular la profundidad de socavamiento, para determinar el tipo y profundidad de cimentacin. En los casos estudiados se han podido detectar dos tipos de tomas directas, ms comnmente diseadas y construidas: La primera es una toma frontal con barraje de madera (vertedero frontal tipo stop log) o compuerta metlica. Geomtricamente su trazo obedece a captar el flujo del agua en direccin normal, lo cual ocasiona continuas erosiones en las paredes laterales del canal de ingreso. Este tipo de toma tiene la desventaja de que los materiales de suspensin ingresan fcilmente al sistema por lo que el trabajo de operacin y mantenimiento es mas continuo. Por lo general este tipo de diseo ha sido y es muy comn en nuestros ros en lugares de baja pendiente (ver descripcin de los diferentes casos estudiados). La toma directa con captacin lateral, de la cual se desarrolla la metodologa de clculo ms abajo, tiene como caracterstica de que el de agua es captada en una de las mrgenes laterales del ro mediante una abertura, controlndose el ingreso del agua en forma transversal al flujo del ro mediante stop - logs, evitando de esta manera el ingreso directo de slidos, hojas y ramas. La toma directa puede funcionar a descarga libre y sumergida dependiendo de las condiciones. A continuacin se desarrolla la metodologa de clculo propuesta para descarga libre:

Donde: Qt = Caudal total del ro en m3/s Qr = Caudal del ro despus de la captacin en m3/s Qc = Caudal de captacin en m3/s

Vertedero con Descarga Libre

Figura N 4 Toma Frontal con Barraje de Madera

Donde: Cd = Coeficiente de Descarga = Coeficiente de Vertedero pared Delgada B = Ancho de Canal en m hu = Altura necesaria por encima del barraje que debe tener en rio en m. Despejamos hu y la ecuacin es la siguiente:

hu =?

hb

h2

Vertedero con Descarga Sumergida La otra condicin se presenta cuando existe una crecida del rio y tiene un mayor tirante en el canal de aduccin.

Figura N 5 Toma Frontal con Barraje de Madera Flujo Sumergido De acuerdo al tirante que se produce en el rio y el tirante con el que est funcionando el canal se determina una altura h (flujo sumergido). La capacidad de descarga del vertedero se calcula por la siguiente frmula:

hu

h

h2 hb

Con la relacin entre, hu que es la carga encima del vertedero y h descrito anteriormente ingresamos al siguiente diagrama, para determinar el coeficiente de correccin de un vertedero para flujo sumergido.

Grafico N 1 Flujo Sumergido encima del Vertedero

Correccin Factor c for submerged

1 2

3

4

5

c 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0

3

1

2

5

4

Broad Roof - Shaped

Rounded

Rounded

Shaped - Crested

Con el valor de hu/h y el tipo de la cresta del vertedero se determina c que es el coeficiente de correccin. Con todos estos valores sustituimos en la formula y determinamos la capacidad de descarga del vertedero. Compuerta con Descarga Libre

Figura N 6 Toma tipo Compuerta

Se calcula mediante Bernouilli

Y1

Y2 = uW

Y3 W

Y1 = Tirante de agua en el rio en m. Y2 = Altura de agua en el canal en m. Bc = Ancho del orificio en m.

La ecuacin de Bernouilli es sustituida en funcin a V1 y est es calculada por iteracin, determinando el clculo por la siguiente frmula:

Flujo Sumergido Como primera condicin se obtiene el dato de Y3 que es el tirante del canal a la salida del orificio. Calculo de descarga mediante una compuerta:

Despejando se calcula la altura de la compuerta

Luego se calcula

Que es la distancia en m desde el orificio a Y2.

Grafico N 2 Condiciones para una compuerta vertical para flujo libre y

sumergido

Valor para ingreso en el grafico N 2 en el eje de las abscisas

Valor para ingreso en el grafico N 2 en el eje de las ordenadas

Con loa valores de X1 y Yz se ingresa al grafico N 2 y se determina si el flujo es libre o sumergido.

5

4

3

2

1

0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Vertical gate under FREE FLOW:

Submerged Flow:

No FLOW:

Tailw

ater

y

3/w

Upstream wter depth y1/w