IRRIGACIONES

1 * INTRODUCCIÓN.

La irrigación viene a ser una de las técnicas que ha empleado el hombre para satisfacer su demanda de alimentos, con fines de garantizar su subsistencia en su hábitat, desde que este empezó a establecerse en un lugar o cuando dejo de ser nómade, razón por la que buscaron establecerse en las mejores extensiones de terreno en donde empezaron a desarrollar la agricultura y ganadería.

Tal es así que se organizaron y dieron origen a los pueblos o zonas urbanas en donde ellos podían efectuar sus actividades diarias, pero cada vez más estos requerían de alimentos que provenían de los campos de cultivo. En tal virtud, el incremento de la demanda de la producción de alimentos obligo a los agricultores a producir más en todas las temporadas del año sin importar la estacionalidad o época (Verano, otoño, invierno o primavera).

Ante estas exigencias el agricultor empezó a desarrollar técnicas para producir los campos de cultivo en épocas adversas, dando inicio al desarrollo de las irrigaciones. Tal es así que empezaron a planificar una serie de obras o artificios para trasladar agua desde las fuentes hasta los terrenos de cultivo.

En un proyecto de riego, la parte correspondiente a su concepción, está definido por su planteamiento hidráulico que tiene vital importancia, debido a que es allí donde se determinan las estrategias de funcionamiento del sistema de riego (captación, conducción – canal abierto o a presión, regulación), por lo tanto, para desarrollar el planteamiento hidráulico del proyecto se tiene que implementar los diseños de la infraestructura identificada en la etapa de campo.

A la actualidad las irrigaciones o proyectos de irrigaciones constan de:

- ESTRUCTURAS DE CAPTACIÓN.o Bocatomas de barraje fijoo Bocatomas de barraje móvil.o Bocatomas de barraje mixto.o Bocatomas de barraje sumergido.

- ESTRUCTURAS DE CONDUCCIÓN.o Canal aductor.o Canal de conduccióno Obras de arte

- ESTRUCTURAS DE DISTRIBUCIONo Canal de distribución.o Obras de arte.

CANALES DE RIEGO

Los canales son infraestructuras parte de un proyecto de irrigación cuyo objetivo es la conducción de una determinada cantidad de agua en un determinado tiempo.

Son conductos abiertos en los cuales el agua circula debido a la acción de la gravedad y sin ninguna presión, dado que la superficie libre del líquido está en contacto con la atmosfera.

TIPO DE CANAL POR SU GEOMETRIA

Canal de sección trapezoidal.

Canal de sección circular.

Canal de sección rectangular.

CRITERIOS DE DISEÑO.

Características geométricas del canal:

Las características geométricas van a definir el tipo de sección de un canal (Rectangular, Trapezoidal, Circular). Estos elementos son muy importantes y se utilizaran con amplitud en el cálculo de flujo. La forma más conocida de la sección transversal de un canal es la trapezoidal, como se muestra en la fig.

Elementos geométricos más importantes.

Tirante de agua o profundidad de flujo

“d”: Es la distancia vertical desde el punto más bajo de una sección del canal hasta la superficie libre, es decir la profundidad máxima del agua en el canal.

Ancho superficial o espejo de agua “T”:

Es el ancho de la superficie libre del agua, en m.

Talud “m”:

“m” es la inclinación de las paredes del canal, valor de la proyección horizontal cuando la vertical es 1. Viene a estar en función del ángulo de reposo del material y depende del tipo de material en que se construya el canal, a fin de evitar derrumbes y/o asentamientos. Por ejemplo, cuando se dice que un canal tiene talud 1.5:1, quiere decir que la proyección horizontal de la pared lateral es 1.5 veces mayor que la proyección vertical que es 1, por lo tanto el talud m = 1.5, esto resulta de dividir la proyección horizontal que vale 1.5 entre la vertical que vale 1.

Coeficiente de rugosidad (n):

Este valor adimensional, depende del cauce y el talud, dado a la naturaleza de las paredes laterales del mismo, vegetación, irregularidad y trazado del canal, radio hidráulico y obstrucciones en el canal, generalmente cuando se diseña los canales se supone que el canal está recientemente abierto, limpio y con un trazado uniforme, sin embargo el valor de rugosidad inicialmente asumido difícilmente se conservará con el tiempo, lo que quiere decir que en la práctica constantemente se hará frente a un continuo cambio de la rugosidad.

Para la consideración de estos efectos se tomaran los valores :

COEFICIENTE DE MANNINGMATERIAL VALOR nCanales en tierra Regular y liso 0.025 Poco regular y rugoso 0.030 Revestido con piedras 0.040 Canales en roca Liso 0.030 Rugoso 0.040 - 0.050 Canales revestidosConcreto liso 0.012 - 0.016 Concreto rugoso 0.016 - 0.018 Mampostería 0.018 - 0.020 Canales de madera 0.012 Canales de planchas de fierro 0.014

Pendiente (S) :

Pendiente longitudinal de la rasante del canal.

Área hidráulica (A) :

Superficie ocupada por el agua en una sección transversal normal cualquiera, expresada en m2.

Perímetro mojado (P) :

Longitud de la línea de contorno del área mojada entre el agua y las paredes del canal, expresado en m.

Radio hidráulico (R) :

Cociente del área hidráulica y el perímetro mojado. R=A/P, en m.

Espejo del agua (T):

Ancho de la superficie libre del agua, expresado en m.

Tirante medio (dm) :

Area hidráulica dividida por el ancho de la superficie libre del agua . dm=A/T, se expresa m.

Plantilla (b):

Base del canal cuyo que se expresa en m., el dimensionamiento de esta característica del canal en el caso de canales de caudales mínimos estará predeterminado por el tipo de herramienta que será utilizado con fines de mantenimiento de la misma.

Borde Libre o frivor (Lb) :

Distancia que hay desde la superficie libre del agua hasta la corona del bordo, se expresa en m.

Gasto (Q) : Volumen de agua que pasa en la sección en la unidad de tiempo, y se expresa en m3/s.

Velocidad media (V) :

Velocidad del agua que fluye en el canal, expresado en m/s. Durante el proceso de diseño o planificación se tendrán en cuenta las velocidades mínimas y máximas.

Condiciones para el diseño de la sección del canal:

Dentro de las condicionantes para la elección de la sección de una cana se debe tener en cuenta lo siguiente:

Sección típica de un canal:

Donde:

T = Ancho superior del canal

b = Plantilla

z = talud

C = Berma del camino, puede ser: 0,5; 0,75; 1,00 m.

V = Ancho del camino de vigilancia, puede ser: 3; 4 y 6 m.( En algunos casos el camino de vigilancia puede ir en ambos márgenes)

H = Altura de caja o profundidad de rasante del canal.

CRITERIOS PARA EL TRAZO DEL CANAL.

Levantamiento topográfico.

Representa una de las actividades principales para el diseño del trazo de un canal y esta debe estar orientada a la recopilación de información, dentro de las cuales podemos detallar:

- Información cartográfica de la zona (Planos antiguos, carta nacional, fotografías aéreas, información satelital, estudios geológicos, etc….) que nos permitirá la evaluación primaria de probables trazos.

- Visitas de campo con mediciones preliminares (geo referencia ion en campo) de las probables infraestructuras planteadas.

- Realización de un levantamiento topográfico detallado relevando las principales características del terreno por donde se planifico con la información anterior.

- Una vez obtenido los datos precisos, se procede a trabajar en gabinete generando un eje preliminar, el cual se replanteara en campo, donde se hacen los ajustes finales necesarios, obteniéndose el trazo definitivo.

Diseño geométrico.

Para el trazo de un eje de un canal es la misma considerada para el trazo de una carretera, toda vez que se debe tener en cuenta que esta infraestructura hidráulica durante su fase de construcción va a requerir el acceso de personas, equipos, vehículos y materiales, asi como también después del proceso de construcción se requerirá el acceso de equipos y personas para la fase de operación y mantenimiento.

Conseguir la mayor eficiencia hidráulica y seguridad de las obras con el menor costo.

Razón por la que se deberá tener en cuenta durante el trazo y replanteo todos los elementos de curva necesarios en el trazo de una via debiendo obligatoriamente contener lo siguiente:

- Progresiva - Cota de terreno - BMs (cada 500 ó 1000 m) - Cota de rasante - Pendiente - Indicación de las deflexiones del trazo con los elementos de curva - Ubicación de las obras de arte - Sección o secciones hidráulicas del canal, indicando su kilometraje - Tipo de suelo - Cuadro con elementos geométricos e hidráulicos del diseño

Elementos de una curva.-

Donde:

A = Arco, es la longitud de curva medida en cuerdas de 20 m

C = Cuerda larga, es la cuerda que sub – tiende la curva desde PC hasta PT.

ß = Angulo de deflexión, formado en el PI.

E = External, es la distancia de PI a la curva medida en la bisectriz.

F = Flecha, perpendicular bajada del punto medio de la curva a la cuerda.

G = Grado, es el ángulo central.

LC = Longitud de curva que une PC con PT.

PC = Principio de una curva.

PI = Punto de inflexión.

PT = Punto de tangente.

PSC = Punto sobre curva.

PST = Punto sobre tangente.

R = Radio de la curva.

ST = Sub tangente, distancia del PC al PI.

Radios mínimo en canales abiertos para Q < 20 m3/s

Capacidad del canal Radio mínimo

20 m3/s 100 m

15 m3/s 80 m

10 m3/s 60 m

5 m3/s 20 m

1 m3/s 10 m

0,5 m3/s 5 mFuente: Ministerio de Agricultura y Alimentación, Boletín Técnico N- 7 "Consideraciones Generales sobre Canales Trapezoidales" Lima 1978.

Es importante tener en cuenta que durante el diseño del eje de un canal debemos tener en cuenta que el exceso de curvas cerradas prolongaría la longitud final del canal con las consiguiente desventaja del costo elevado de la obra.

Determinacion de los taludes de un canal:

La inclinación de las paredes laterales de un canal, depende de varios factores pero en especial de la clase de terreno donde están alojados, la U.S. BUREAU OF RECLAMATION recomienda un talud único de 1,5:1 para sus canales. En función a distintas experiencias se han desarrollado recomendaciones respecto a taludes apropiados para distintos tipos de material, del cual detallamos el siguiente cuadro:

Velocidades máxima y mínima permisible.-

La velocidad mínima permisible es aquella velocidad que no permite sedimentación, este valor es muy variable y no puede ser determinado con exactitud, cuando el agua fluye sin limo este valor carece de importancia, pero la baja velocidad favorece el crecimiento de las plantas, en canales de tierra. El valor de 0.8 m/seg se considera como la velocidad apropiada que no permite sedimentación y además impide el crecimiento de plantas en el canal. La velocidad máxima permisible, algo bastante complejo y generalmente se estima empleando la experiencia local o el juicio del ingeniero; las siguientes tablas nos dan valores sugeridos.

Borde libre o frivor.-

Es el espacio entre la cota de la corona y la superficie del agua, no existe ninguna regla fija que se pueda aceptar universalmente para el cálculo del borde libre, debido a que las fluctuaciones de la superficie del agua en un canal, se puede originar por causas incontrolables. Por lo que asumiremos una modalidad en función al caudal.