Obra de toma tipi Caucaso
134
i ÍNDICE DE CONTENIDO PÁG. CAPÍTULO I: GENERALIDADES 1.1 ANTECEDENTES ................................................................................... 1 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...................................................... 4 1.2.1 Identificación del problema ...................................................................... 4 1.2.2 Formulación del problema ....................................................................... 4 1.2.3 Causas y efectos ..................................................................................... 5 1.3 OBJETIVOS ............................................................................................ 5 1.3.1 Objetivo general ...................................................................................... 5 1.3.2 Objetivos específicos............................................................................... 5 1.4 JUSTIFICACIÓN ..................................................................................... 6 1.4.1 Justificación técnica................................................................................. 6 1.4.2 Justificación económica ........................................................................... 6 1.4.3 Justificación social ................................................................................... 6 1.4.4 Justificación ambiental ............................................................................ 6 CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO 2.1 OBRAS DE TOMA EN RÍOS DE ALTA MONTAÑA ................................. 7 2.1.1 Características de una cuenca de montaña ............................................. 7 2.1.1.1 Cuenca receptora .................................................................................... 8 2.1.1.2 Tramo medio ........................................................................................... 8 2.1.1.3 Cono de deyección .................................................................................. 8 2.1.1 Obras de toma......................................................................................... 9 2.2 FLUJOS EN MEDIOS POROSOS ......................................................... 10 2.3 OBRAS DE TOMA TIPO TIROL ............................................................ 12 2.4 OBRAS DE TOMA TIPO CÁUCASO ..................................................... 16 2.4.1 Consideraciones sobre la rejilla ............................................................. 18 2.4.2 Ventajas de una obra de toma tipo Cáucaso en relación a otras obras de toma ...................................................................................................... 18 2.5 ESTUDIOS DE VIABILIDAD DEL PROYECTO ..................................... 19
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Obra de toma tipo caucaso capaz de recolectar drenaje superficial y subsuperficial
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i
ÍNDICE DE CONTENIDO PÁG.
CAPÍTULO I: GENERALIDADES
1.1 ANTECEDENTES ................................................................................... 1
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...................................................... 4
1.2.1 Identificación del problema ...................................................................... 4
1.2.2 Formulación del problema ....................................................................... 4
1.2.3 Causas y efectos ..................................................................................... 5
1.3 OBJETIVOS ............................................................................................ 5
1.3.1 Objetivo general ...................................................................................... 5
1.3.2 Objetivos específicos ............................................................................... 5
1.4 JUSTIFICACIÓN ..................................................................................... 6
1.4.1 Justificación técnica................................................................................. 6
1.4.2 Justificación económica ........................................................................... 6
1.4.3 Justificación social ................................................................................... 6
1.4.4 Justificación ambiental ............................................................................ 6
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO
2.1 OBRAS DE TOMA EN RÍOS DE ALTA MONTAÑA ................................. 7
2.1.1 Características de una cuenca de montaña ............................................. 7
2.1.1.1 Cuenca receptora .................................................................................... 8
2.1.1.2 Tramo medio ........................................................................................... 8
2.1.1.3 Cono de deyección .................................................................................. 8
2.1.1 Obras de toma ......................................................................................... 9
2.2 FLUJOS EN MEDIOS POROSOS ......................................................... 10
2.3 OBRAS DE TOMA TIPO TIROL ............................................................ 12
2.4 OBRAS DE TOMA TIPO CÁUCASO ..................................................... 16
2.4.1 Consideraciones sobre la rejilla ............................................................. 18
2.4.2 Ventajas de una obra de toma tipo Cáucaso en relación a otras obras de
toma ...................................................................................................... 18
2.5 ESTUDIOS DE VIABILIDAD DEL PROYECTO ..................................... 19
ii
2.6 ESTUDIOS HIDROLÓGICOS DEL RÍO ................................................ 20
2.6.1 Régimen de un río ................................................................................. 21
2.6.2 Régimen hidrológico .............................................................................. 21
2.6.2.1 Cauces en régimen torrencial ................................................................ 22
2.6.2.2 Cauces en régimen tranquilo ................................................................. 23
2.6.3 Caudal solido del río (transporte de sedimentos) ................................... 24
2.6.4 Caudal máximo del río ........................................................................... 24
2.6.4.1 Método racional ..................................................................................... 24
2.7 DATOS TÉCNICOS DE LA ZONA DEL TERRENO............................... 26
2.8 TOPOGRAFÍA DEL TERRENO ............................................................. 26
2.9 ANÁLISIS DEL FLUJO EN LA TOMA CÁUCASO ................................. 27
2.9.1 Flujo a través de las rejillas ................................................................... 27
2.9.1.1 Coeficiente de rejilla “C” ........................................................................ 28
2.9.2 Flujo sub superficial ............................................................................... 30
2.10 CÁMARA DE CAPTACIÓN ................................................................... 33
2.10.1 Flujo en la cámara de captación ............................................................ 34
2.10.1.1 Sección de la cámara de captación ....................................................... 36
2.11 EL DESARENADOR ............................................................................. 36
2.12 NIVEL DE AGUA EN LA CÁMARA ........................................................ 40
2.13 ÁREA TRANSVERSAL DE LA CÁMARA DEL DESARENADOR .......... 42
2.13.1 Longitud del desarenador ...................................................................... 44
2.14 COMPUERTA DE LIMPIEZA ................................................................ 44
2.15 AGUA PARA RIEGO ............................................................................. 45
2.15.1 Demanda o necesidad de riego de la cosecha ......................................... 45
2.15.2 Relaciones suelo – agua ........................................................................... 46
CAPITULO III: INGENIERÍA DEL PROYECTO
3.1 UBICACIÓN DE LA ZONA DEL PROYECTO ........................................ 49
3.1.1 Plano de ubicación ................................................................................ 49
3.1.2 Ubicación en el río de la obra de toma .................................................. 51
3.1.3 Vías de acceso ...................................................................................... 52
iii
3.2 DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DEL PROYECTO ...................................... 55
3.2.1 Clima ..................................................................................................... 55
3.2.2 Temperatura .......................................................................................... 55
3.2.4 Humedad relativa .................................................................................. 58
3.2.5 Relieve topográfico ................................................................................ 58
3.2.6 Suelos ................................................................................................... 58
3.2.7 Granulometría ....................................................................................... 59
3.3 ESTUDIO HIDROLÓGICO .................................................................... 62
3.3.1 Curvas IDF (intensidad, duración, frecuencia) y PDF (precipitación,
duración, frecuencia) ............................................................................. 62
3.3.2 Tormenta de diseño............................................................................... 67
3.4 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN TOPOGRÁFICA DEL LUGAR .... 69
3.4.1 Topografía para el estudio hidrológico. .................................................. 69
3.4.2 Topografía en el lugar de la obra de toma ............................................. 69
3.5 CLASIFICACIÓN DE FLUJOS .............................................................. 69
3.5.1 Sub crítico antes y después de la rejilla ................................................. 69
3.5.2 Sub critico antes y súper critico después de la rejilla ............................. 70
3.5.3 Súper critico antes y después de la rejilla .............................................. 70
3.6 CAUDAL DE DISEÑO ........................................................................... 71
3.6.1 Caudal máximo del río ........................................................................... 71
3.6.1.1 Coeficiente de escurrimiento ................................................................. 72
3.6.1.2 Intensidad .............................................................................................. 74
3.7 DISEÑO HIDRÁULICO DE LA TOMA TIPO CÁUCASO ........................ 76
3.7.2 Caudal de diseño .................................................................................. 78
3.7.3 Flujo a través de las rejillas ................................................................... 79
3.7.4 Flujo sub superficial ............................................................................... 82
3.7.4.1 Diseño del filtro ...................................................................................... 89
3.7.5 Flujo en la cámara de captación. ........................................................... 91
3.8 DISEÑO DEL DES-ARENADOR ........................................................... 93
3.8.1 Canal de transición ................................................................................ 94
3.8.2 Dimensionamiento del desarenador ...................................................... 95
iv
CAPITULO IV: COSTOS
4.1 CÓMPUTOS MÉTRICOS ...................................................................... 97
4.2 ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS ................................................... 99
4.3 PRESUPUESTO GENERAL ............................................................... 110
CAPITULO V: IMPACTO AMBIENTAL
5.1 FICHA AMBIENTAL ............................................................................ 111
5.2 MATRIZ AMBIENTAL .......................................................................... 121
CAPITULO VI: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1 CONCLUSIONES ................................................................................ 122
6.2 RECOMENDACIONES ....................................................................... 124
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................... 125
FUENTES DE CONSULTA ................................................................. 126
ANEXOS
v
ÍNDICE DE TABLAS PÁG
TABLA 1. PRUEBA EXPERIMENTAL PARA FILTRO DE MATERIAL ...................
GRANULAR. ............................................................................ 33
TABLA 2. COEFICIENTE DE RUGOSIDAD................................................. 35
TABLA 3. PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE SECCIONES ......................... 36
TABLA 4. ALMACENAMIENTO DE HUMEDAD EN VARIOS SUELOS ........... 46
TABLA 5. TEMPERATURA PROMEDIO (1993-2013) ................................... 56
TABLA 6. PRECIPITACIÓN TOTAL (1993-2013) ......................................... 57
TABLA 7. GRANULOMETRÍA AGREGADO GRUESO .................................. 61
TABLA 8. GRANULOMETRÍA AGREGADO FINO ........................................ 61
TABLA 9. PRECIPITACIÓN MÁXIMA EN 24 HORAS .................................. 63
TABLA 10. PRECIPITACIÓN MÁXIMA EN 24 HR EN FUNCIÓN DE PERIODO
DE RETORNO. ........................................................................ 64
TABLA 11. COEFICIENTES DE DISCRETIZACIÓN DE CAMPOS .................. 65
TABLA 12. VALORES DE PRECIPITACIÓN PARA UN PERIODO DE RETORNO
DE 25 AÑOS ........................................................................... 65
TABLA 13. VALORES DE INTENSIDAD PARA UN PERIODO DE RETORNO DE
25 AÑOS ......................................................................................... 66
TABLA 14. BLOQUES ALTERNOS ............................................................. 67
TABLA 15. COEFICIENTES DE ESCORRENTÍA. ......................................... 72
TABLA 16. CALCULO DEL COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO PONDERADO
DE LA CUENCA. ..................................................................... 73
TABLA 17. VELOCIDAD DE INFILTRACIÓN. ............................................... 82
TABLA 18. COEFICIENTE K ...................................................................... 83
TABLA 19. VARIACIÓN GRADIENTE HIDRÁULICO EN FUNCIÓN A K ........... 85
TABLA 20. GRANULOMETRÍA MATERIAL FILTRANTE ................................ 90
TABLA 21. VARIACIÓN DEL CAUDAL CON TIRANTES ASUMIDOS. ............. 93
vi
ÍNDICE DE FIGURAS PÁG
FIGURA 1. UBICACIÓN GEOGRÁFICA DEL MUNICIPIO LOAYZA ................... 2
FIGURA 2. TERRENOS USADOS PARA CULTIVOS EN SAPAHAQUI ............. 3
FIGURA 3. DIAGRAMA CAUSAS EFECTOS ................................................. 5
FIGURA 4. SECTORES DE UNA CUENCA DE MONTAÑA. ............................ 9
FIGURA 5. PARTES DE UNA OBRA DE TOMA TIROLESA. ......................... 13
FIGURA 6. TAPONAMIENTO DE LA REJILLA POR SEDIMENTOS ............... 14
FIGURA 7. TOMA DE FONDO TIPO TIROLESA .......................................... 15
FIGURA 8. FUNCIONAMIENTO TOMA TIPO CÁUCASO .............................. 17
FIGURA 9. UBICACIÓN DE LA OBRA DE TOMA ........................................ 26
FIGURA 10. RELACIÓN ENTRE LAS DIMENSIONES DE UNA REJILLA ......... 29
FIGURA 11. PROFUNDIDAD DEL AGUA EN EL BORDE SUPERIOR .............. 30
FIGURA 12. ESQUEMA DEL DESARENADOR ............................................. 40
FIGURA 13. VELOCIDAD DE FLOTACIÓN DE PARTÍCULAS EN FUNCIÓN DEL
DIÁMETRO ............................................................................ 42
FIGURA 14. MAPA POLÍTICO DE BOLIVIA .................................................. 49
FIGURA 15. UBICACIÓN GEOGRAFICA DE SAPAHAQUI. ........................... 50
FIGURA 16. VISTA EN PLANTA DE LA UBICACIÓN DE LA OBRA ................ 51
FIGURA 17. VISTA A NIVEL DE TERRENO................................................. 52
FIGURA 18. CAMINOS DE ACCESO A SAPAHAQUI .................................... 53
FIGURA 19. MAPA CARRETERO LA PAZ - SAPAHAQUI.............................. 54
FIGURA 20. OBTENCION DE MUESTRA .................................................... 60
FIGURA 21. SEPARACIÓN DEL AGREGADO CON EL TAMIZ Nº10 ............... 60
FIGURA 22. CURVA GRANULOMÉTRICA DEL MATERIAL DEL RÍO ............. 62
FIGURA 23. CURVA PDF .......................................................................... 66
FIGURA 24. CURVA IDF ........................................................................... 67
FIGURA 25. HIETOGRAMA ....................................................................... 68
vii
FIGURA 26. CONDICIONES DE FLUJO ....................................................... 70
FIGURA 27. CONDICIONES DE FLUJO ....................................................... 70
FIGURA 28. CONDICIONES DE FLUJO ....................................................... 71
FIGURA 29. BARRAS RECTANGULARES ................................................... 79
FIGURA 30. CURVA ESQUEMÁTICA DE RESULTADOS EXPERIMENTALES DE
LA RELACIÓN ENTRE EL GRADIENTE HIDRÁULICO Y LA
VELOCIDAD DE FILTRACIÓN ................................................... 84
FIGURA 31. CURVA GRANULOMÉTRICA MATERIAL FILTRANTE. ................ 90
viii
ÍNDICE DE ANEXOS
ANEXO 1. CALIDAD DEL AGUA
ANEXO 2. MAPA DE COBERTURAS MÉTODO RACIONAL
ANEXO 3. TOPOGRAFÍA
ANEXO 4. PLANOS
1
CAPÍTULO I: GENERALIDADES
1.1 ANTECEDENTES
El aprovechamiento del recurso hídrico es un tema que está tomando cada vez más
importancia a nivel mundial, es por eso que debe tomarse en cuenta todas las
posibilidades para aprovechar al máximo este recurso.
El agua destinada para cultivos representa un alto porcentaje del consumo total en
poblaciones, lo cual hace importante la búsqueda de nuevas opciones para dotar a
las comunidades cuya principal actividad económica es la agricultura, tal es el caso
de la comunidad Sapahaqui, cuya actividad agrícola se caracteriza por la producción
de hortalizas y frutos típicos de la región.
Las obras de toma, las cuales dotan de agua a cualquier estructura hidráulica,
normalmente están diseñadas para captar aguas superficiales sin aportar caudales
que sean aprovechables en época seca, la toma de fondo tipo Cáucaso al estar
diseñada para captar aguas sub-superficiales puede aportar aguas para riego
inclusive en época seca.
La construcción de obras de toma de fondo, se han realizado con anterioridad en
Bolivia, en ríos de Cochabamba con resultados óptimos, aprovechando de mejor
manera el agua superficial de dichos ríos.
2
En La Paz, los ríos de alta montaña tienen las características necesarias para
aprovechar su agua sub-superficial de los mismos, lo cual hace una toma tipo
Cáucaso ideal para el aprovechamiento de estas aguas.
El municipio Sapahaqui, es la segunda sección de la provincia Loayza, del
departamento La Paz, distante a 77 km de la ciudad de La Paz.
La segunda sección municipal Sapahaqui, administrativamente se encuentra dividida
en 3 cantones: primer Cantón Sapahaqui, segundo cantón Caracato, Tercer cantón
Muruhuta.
FIGURA 1. UBICACIÓN GEOGRÁFICA DEL MUNICIPIO LOAYZA
Fuente: PDM Sapahaqui 2010
3
Sapahaqui se encuentra entre las coordenadas geográficas 67º 45` - 68º 00`
Longitud oeste y 16º 52` - 17º 10` latitud sur limitando al norte con los municipios
de Palca y Mecapaca, al sur con los municipios de Patacamaya y Luribay, al oeste
con los municipios de Patacamaya, Ayo Ayo y Calamarca, al este con los
municipios de Cairoma y Luribay.
Sapahaqui tiene una extensión territorial aproximada de 1.023,29 Km2, que
representa el 33.4% de la superficie de la provincia Loayza.
En el municipio de Sapahaqui se han determinado la presencia de dos (1) pisos
ecológicos, los cuales son: Cabecera de valle y Valle. En estos pisos ecológicos
se puede realizar actividades agrícolas. En la figura 2 se puede observar los
terrenos usados para esta actividad en la comunidad de Sapahaqui.
El territorio municipal de Sapahaqui, corresponde a la estructura fisiográfica de la
Cordillera Oriental, formando parte de la gran meseta andina, la que es parte de
los valles interandinos comprendida desde el norte de La Paz, pasando por
Sorata, Rio Abajo, Sapahaqui, Caracato, Luribay, Araca, extendiéndose hasta los
Yungas. (Plan de Desarrollo Municipal, Sapahaqui 2000).
FIGURA 2. TERRENOS USADOS PARA CULTIVOS EN SAPAHAQUI
Fuente: Google earth.
1 Piso ecológico: franja de suelo o de vegetación que corresponde a una determinada altitud
sobre el nivel del mar.
4
El municipio se encuentra en un rango altitudinal de 2.580 m.s.n.m. a los 4.000
m.s.n.m. según el I.G.M. La situación geográfica del municipio condiciona una
diferenciación hídrica, que abarca desde la región árida a sub húmeda seca, la
que no sólo es causada por la presión atmosférica, sino también por la pendiente
que determinan variaciones locales de clima en la sección municipal.
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.2.1 Identificación del problema
La falta de agua para riego en la comunidad de Sapahaqui durante la estación
seca produce demora y pérdida de algunos cultivos, ocasionando disminución en
los ingresos económicos de los pobladores.
1.2.2 Formulación del problema
En la comunidad de Sapahaqui se cuenta con el recurso de agua para riego
solamente en época de lluvia, las obras de toma de agua existentes no abastecen
a la demanda que se genera en el sector agrícola de la región.
Es necesario tomar en cuenta el crecimiento de zonas de producción agrícola,
ante esta situación se hace necesaria la construcción de una nueva toma que
pueda garantizar el suministro de agua necesaria para cubrir esa demanda.
Las características del río, como son: alta pendiente, gran cantidad de arrastre de
sedimentos acumulación de material granular en el lecho del río; nos permite
afirmar que la toma más adecuada en este caso sería la toma Cáucaso que nos
permitiría aprovechar y captar no sólo aguas superficiales sino también aguas sub-
superficiales en la época de estiaje.
5
1.2.3 Causas y efectos
FIGURA 3. DIAGRAMA CAUSAS - EFECTOS
Fuente: Elaboración propia.
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo general
Diseñar una toma tipo Cáucaso para la dotación de agua de riego para la
comunidad de Sapahaqui.
1.3.2 Objetivos específicos
Calcular los caudales en el lugar del río a construir la toma.
Calcular el caudal de diseño requerido para riego.
Realizar el diseño hidráulico de la obra de toma tipo Cáucaso.
Diseñar el des-arenador.
Realizar la ficha de impactos ambientales.
• Falta de agua de riego en la comunidad
Causas
• Demora de la producción
• Menores ingresos económicos
Efectos
6
1.4 JUSTIFICACIÓN
1.4.1 Justificación técnica
Una toma de agua tipo Cáucaso es una solución técnicamente viable que facilitará
el recurso hídrico para el riego de los cultivos de la zona, inclusive en la época
seca del año, ya que también captará aguas sub-superficiales.
1.4.2 Justificación económica
La construcción de la toma tipo Cáucaso al generar una dotación de agua de riego
permanente, generará una producción agrícola constante. Al ser la agricultura la
principal actividad económica de la comunidad garantizará un ingreso económico
constante para toda la comunidad y además ampliará la gama de productos que
puede producir la comunidad.
1.4.3 Justificación social
Al mejorar los ingresos económicos de la comunidad, el nivel de vida de los
pobladores mejorará considerablemente y al facilitar agua apta para riego, los
agricultores en zonas cercanas que no tienen acceso a este recurso, accederán a
nuevos sembradíos, para tener una producción continua y segura en sus tareas
agrícolas.
1.4.4 Justificación ambiental
La toma Cáucaso, capta las aguas superficiales a través de una rejilla al nivel de
la solera del río; por lo tanto, no altera la dirección ni el cauce del río por lo cual su
construcción no afectara ni dañara ambientalmente el lugar donde se construya la
obra de toma.
7
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO
2.1 OBRAS DE TOMA EN RÍOS DE ALTA MONTAÑA
2.1.1 Características de una cuenca de montaña
La cuenca de montaña se caracteriza principalmente por las elevadas pendientes
de sus suelos y los caudales no muy elevados que generan.
En los ríos de montañas en equilibrio los cambios se manifiestan luego de largos
períodos de tiempo, debido a la estabilidad de sus suelos y la protección que
presenta la vegetación. En los ríos de montaña en desequilibrio, las condiciones
de régimen no se presentan, por lo que los cambios son más rápidos. El
desequilibrio se originará debido a la inestabilidad geológica, movimientos de
masas por erosión o por intervención antrópica (agricultura, minería, vías de
comunicaciones, etc.).
Un río de montaña es un curso de agua superficial, con pendientes pronunciadas
que presentan gran diferencia entre los caudales de crecida y de estiaje. Durante
la época húmeda, conducen caudales grandes y en época seca los caudales de
escurrimiento son muy pequeños y pueden llegar inclusive a no tener
escurrimiento superficial.
Tienen en común su gran pendiente y los importantes volúmenes de suelo que
mueven, principalmente en época húmeda. Durante los meses de estiaje el
proceso de transporte de sedimentos se atribuye principalmente a la energía
eólica.
8
La cuenca de un río de montaña, en general, consta de tres sectores: Cuenca
receptora, Tramo medio y Cono de deyección.
2.1.1.1 Cuenca receptora
Es la zona de mayor altura de este sector, de donde proviene la mayor parte de
los volúmenes de escurrimiento y es el de mayor aporte de sedimentos. La erosión
es un factor decisivo para este fenómeno, interviniendo factores como: topografía,
propiedades físico químicas de los suelos, cobertura vegetal, uso del suelo y
régimen de precipitaciones.
2.1.1.2 Tramo medio
El tramo medio de la cuenca, es por lo regular de topografía encajonada entre
abruptos taludes, es más estrecho que las otras dos zonas y la solera de su lecho
tiene pendientes acentuadas, aunque de menor magnitud que las que presenta la
cuenca receptora. En este sector pueden presentarse procesos de erosión, esta
vez debido a las grandes velocidades de flujo, originando fuertes tensiones de
corte sobre la superficie del lecho, el flujo de agua adquiera gran capacidad de
transporte. A consecuencia de la erosión de fondo, el nivel de la solera disminuye
progresivamente, aumentando la altura de los taludes laterales en la misma
proporción, lo que puede provocar la inestabilidad de los mismos. Los cambios
morfológicos se presentaran en función de la resistencia que ofrezcan los suelos
componentes del perímetro hidráulico a la acción de las tensiones de corte de
flujo.
2.1.1.3 Cono de deyección
Es el área donde se deposita la mayor parte del material generado por erosión en
la cuenca receptora y en el tramo medio. La figura 4 muestra una cuenca de alta
montaña y se puede observar las zonas de la cuenca. La trayectoria del flujo
cambia continuamente por las características de zona de bajas pendientes y lecho
aluvial. La condición de menor capacidad de transporte de sedimentos dará lugar
9
a que los sedimentos sean depositados de manera desordenada, generando
continuos cambios en la dirección del flujo.
FIGURA 4. SECTORES DE UNA CUENCA DE MONTAÑA.
Fuente: Pequeñas obras hidráulicas, Roger Mattos
Las cuencas de ríos de montaña adquieren condicionantes particulares con
predominio de los elevados procesos de erosión, gran transporte de sedimentos y
riesgos climáticos caracterizados por sequias y heladas.
2.1.1 Obras de toma
Las obras de toma son necesarias para captar aguas de la fuente a utilizar -en
este caso el río Sapahaqui- , es la estructura hidráulica de mayor importancia de
un sistema de aducción puesto que a partir de esta obra se toman decisiones de
los demás componentes del sistema.
2.1.1.1 Consideraciones principales para el diseño de una obra de toma.
Asegurar la derivación permanente del caudal de diseño.
10
Captar el mínimo de sólidos y disponer de medios adecuados para su
evacuación.
Proveer un sistema adecuado que permita el paso de las avenidas que tienen
gran cantidad de sólidos y material flotante.
Estar ubicada en un lugar que presente condiciones favorables desde el punto
de vista de funcionamiento hidráulico y de facilidades de construcción.
Presentar aguas abajo suficiente capacidad de transporte para evitar
sedimentación.
2.2 FLUJOS EN MEDIOS POROSOS
La filtración ha sido utilizada desde hace mucho tiempo, como medio de
tratamiento de agua para consumo humano, el entendimiento de su mecanismo ha
comenzado a tomar forma científica a partir del siglo XX. En realidad es un
período de diez años (1954-1964) en el que puede hablarse del desarrollo de una
teoría moderna de filtración. La filtración tiene entre otros objetivos el remover
partículas en suspensión del agua a través de un lecho de granos de arena -en
este caso el filtro.
Según Darcy (1856), la cantidad de agua que se filtra a través de un medio poroso
en una unidad de tiempo que es directamente proporcional al área de la sección y
a la diferencia de niveles H, bajo cuya acción ocurre la filtración que es
inversamente proporcional a la longitud del camino que ocurre la infiltración.
Q = kdH
dL∗ A
Dónde:
k = coeficiente de filtración, que depende de las propiedades físicas de las
rocas y el liquido
dH/dL= gradiente de presión o gradiente hidráulico.
11
De la ley de continuidad se tiene:
vs =Q
A= k ∗ I
De donde resulta la siguiente fórmula que expresa la linealidad de la ley de
filtración:
vs = −k ∗dH
dL
El signo negativo indica que la presión H disminuye a lo largo del camino recorrido
por la filtración.
Para que la ley de Darcy pueda ser usada en un flujo a través de medios porosos,
debe cumplir necesariamente con los siguientes puntos:
a) El flujo de agua se produce a través de los poros del material, los que
deben estar conectados entre sí. Esto es perfectamente posible debido a que las
partículas de suelo están generalmente conformadas por elementos de forma
esferoidal y por lo tanto, los poros aislados prácticamente son imposibles en estas
formaciones.
b) El régimen del flujo debe ser estable y laminar. Para cumplir con estas
condiciones muchos investigadores como: Muskat, Fancher, Levis y Barnes han
llegado a la conclusión de que el número de Reynolds debe ser menor a 1.
𝑅𝑒 =ρ ∗ 𝑣𝑠𝐷
𝜇≤ 1
D = diámetro promedio de las partículas de suelo o diámetro promedio de los
poros en cm.
ρ = densidad del fluido en gr/cm3
μ = viscosidad dinámica del agua en gr*seg/cm3
12
En un filtro de grano grueso, el flujo no se desarrolla en un medio laminar, por
cuanto el espacio de movimiento además de irregular es mayor, presentándose
también mayores velocidades con cambios de dirección abruptos y
angostamientos y ensanchamientos, así como choques tanto entre partículas
como contra las pequeñas paredes que conforman los granos del material.
Cualitativamente se puede advertir que el escurrimiento presentará niveles de
turbulencia que diferencia este movimiento del que se presenta en fluidos que se
desplazan en un medio poroso de grano fino.
2.3 OBRAS DE TOMA TIPO TIROL
En general, la función de una toma de agua es derivar aguas de un canal hacia
una estructura de conducción con un propósito determinado. La toma requiere de
una estructura de salida del agua captada y muchas veces de una estructura de
control de escurrimiento del río. Las tomas tirolesas combinan la toma y la
estructura de control en una sola obra.
Una toma tirolesa, llamada también toma de fondo, consiste en un canal
construido transversalmente en el lecho de un río del que se captará el agua. En la
parte superior se encuentra cubierta por una rejilla, ubicada con cierta inclinación
en la dirección del flujo por la cual ingresa el agua que se desea captar, siendo
sus partes principales las observadas en la siguiente figura:
13
FIGURA 5. PARTES DE UNA OBRA DE TOMA TIROLESA.
Fuente: PROAGRO/GTZ: Criterios de diseño y construcción de obras de captación para riego (2010)
Rejilla
Muro de encauce
Pie de talud Azud
Canal colector
Muro de
Encauce
Azud
Canal colector
14
Las barras de la rejilla se encuentran alineadas en dirección de la corriente e
inclinadas en dirección de aguas abajo, con el objetivo de que el material de
arrastre del río pase aguas abajo. Las partículas del material de arrastre más
pequeñas que la separación entre barras, ingresan con el agua al canal colector,
de donde deben ser separadas por medio de un desarenador.
La determinación de la inclinación de la rejilla es muy importante debido a que es
necesario facilitar el paso del sedimento sobre la rejilla y esto depende de las
características de dicho material. Por lo que se ha podido observar las
inclinaciones de 22º o mayores son adecuadas para los ríos de Bolivia.
La rejilla está formada por barras de hierro cuya sección transversal puede
adoptar diferentes formas. Las más comunes son las de sección rectangular o
trapezoidal con la base mayor hacia arriba.
En algún caso, se presenta un trabamiento de piedras entre las barras que no
permite el ingreso normal de agua y es difícil de quitar. Para evitar esta trabazón,
se recomienda usar barras con la parte superior redondeada. En la siguiente figura
se puede observar el taponamiento que ocurre en época seca en las rejillas.
FIGURA 6. TAPONAMIENTO DE LA REJILLA POR SEDIMENTOS
Fuente: PROAGRO/GTZ: Criterios de diseño y construcción de obras de captación para riego (2010).
15
Este tipo de obra de toma, ofrece como ventajas una menor magnitud de las obras
civiles y un menor obstáculo al escurrimiento. Por otro lado, no juega un papel
fundamental la ubicación de la obra, tal como sucede en las obras de toma azud
derivador. En la figura 7 se puede observar el ingreso de agua al canal colector a
través de las rejillas.
La hidráulica del sistema diferencia dos estados de flujo:
Flujo a través de las rejillas
Flujo en la cámara de captación.
FIGURA 7.TOMA DE FONDO TIPO TIROLESA
Fuente: PROAGRO/GTZ: Criterios de diseño y construcción de obras de captación para riego, tomas tirolesas.
El cálculo del caudal de captación del sistema comprende la definición del
desarrollo del espejo de agua y la distribución de los caudales a lo largo de las
rejillas. Para tal efecto se considerara dos hipótesis:
16
Nivel de energía constante = línea de energía horizontal
Altura de energía constante = línea de energía paralela a la superficie de la
rejilla
En el caso de las rejillas horizontales ambas hipótesis resultan idénticas, pero en
la práctica la rejilla se dispone con una inclinación hacia aguas abajo.
2.4 OBRAS DE TOMA TIPO CÁUCASO
Una de las principales características de un río de alta montaña, es la erosión que
da origen a la sobrecarga de sedimentos sobre los cursos naturales (ríos y
quebradas) y como consecuencia a procesos de permanente transformación
geomorfológica, donde las condiciones de equilibrio o régimen no son alcanzadas.
El régimen de escurrimiento superficial se manifiesta por marcadas épocas de
crecidas y sequías.
En razón a las condiciones aluviales de la solera que presentan los ríos, se
comprueba en el medio poroso que constituye la solera se desarrollan
escurrimientos que podrían justificar su aprovechamiento.
En la ex URSS se desarrolló un tipo especial de obra de toma denominada
Cáucaso, apropiado para cursos de agua anchos, relativamente llanos y con flujo
sub-superficial. La cámara recibe tanto aguas superficiales como sub-superficiales
lo cual amplía su horizonte de captación. En la figura 8 se puede observar este
funcionamiento.
La rejilla permite que el agua ingrese a la toma en sí, para posteriormente
mediante un canal llevarla a un des-arenador, y también tiene la función de
impedir el paso del material de arrastre que puede colmatar la toma.
17
FIGURA 8. FUNCIONAMIENTO TOMA TIPO CÁUCASO
Fuente: Elaboración propia
Entre las ventajas que ofrece este sistema, se puede mencionar que no se altera
en mayor grado las condiciones naturales de escurrimiento por cuanto el límite
físico superior puede coincidir con el nivel de la solera. Este aspecto reviste
verdadera importancia en el aprovechamiento de recursos hídricos de cursos
aluviales en desequilibrio. Estos cursos de agua presentan enormes dificultades
en la aplicación de obras de toma superficiales, por cuanto deben diseñarse obras
de limpieza de sedimentos que muchas veces requiere dimensiones importantes y
sistemas de regulación (compuertas) que elevaría el costo de inversión.
La disposición de la cámara, no necesariamente debe cubrir todo el ancho del
curso, el ángulo del eje de la cámara respecto de la dirección de la corriente no se
constituye en un factor determinante.
Este sistema es sensible al movimiento de sedimentos, al igual que la obra de
toma en cuanto a la toma superficial, la única posibilidad de control es la rejilla que
limita los diámetros del material, la cámara receptora y el conducto colector deberá
18
considerar las posibilidades de evacuación del material que logre ingresar al
sistema.
El escurrimiento hacia la captación sigue un desarrollo de flujo en medios porosos,
sin embargo las leyes que gobiernan el movimiento de agua no serán las mismas
que las que rigen el flujo en medio poroso de grano fino o de Darcy. En el caso de
la toma Cáucaso, el medio poroso es de grano grueso y los intersticios son de
mayor magnitud.
Dependiendo de las características particulares del curso del agua, deberá
preverse la limpieza del material que logre ingresar a la cámara de captación, ésta
podrá ser realizada en forma automática en algunos casos y en forma manual en
otros. El material grueso quedará retenido en la rejilla, principalmente en épocas
de crecidas, por lo tanto deberá considerarse situaciones de reducción de la
sección efectiva a consecuencia de la obstrucción. Será razonable considerar
obstrucciones hasta el 50% y en casos extremos hasta el 80%. Esta misma
condición debe imponerse en la toma sub superficial.
2.4.1 Consideraciones sobre la rejilla
Mostkov (1954) propuso una fórmula para el cálculo de tomas de agua con la
inclinación de la rejilla hasta 20º y así facilitar el paso de las piedras arrastradas
por el fondo.
Mostkov estimó que la separación entre las barras varía entre 2 y 6 cm y propone
la utilización de barras de sección rectangular o trapezoidal con la base mayor
hacia arriba colocados paralelos a la dirección del flujo. No aconseja barras
redondas por obstruirse más rápidamente y por la dificultad de limpieza
2.4.2 Ventajas de una obra de toma tipo Cáucaso en relación a otras obras
de toma
Las obras de toma tradicional que consisten en presas derivadoras, han
presentado problemas ya que ocasiona sedimentación de las partículas del río, y
19
esta sedimentación ha llevado al colapso de dichas obras de toma por lo cual las
obras de toma de fondo se han vuelto una opción viable que no presentan este
problema.
Entre otras ventajas se puede mencionar:
No existe un cambio en la dirección del flujo del río.
Las partículas mayores en tamaño a la abertura de la rejilla no ingresan al
canal colector.
Se ampliará el horizonte de captación de la toma ya que se captará agua
sub superficial y superficial, captando así agua en época seca.
2.5 ESTUDIOS DE VIABILIDAD DEL PROYECTO
En Bolivia existen normas para la preparación, formulación y evaluación para la
gestión de proyectos. Estas normas y reglamentos fueron establecidos por el
Estado Plurinacional de Bolivia. Es necesario resaltar, que el presente trabajo de
grado tiene como objetivo principal evaluar la factibilidad del proyecto de acuerdo
a las Normas bolivianas vigentes para la elaboración del proyecto, los que
definirán los estudios a ser realizados.
En la actualidad el Gobierno boliviano, a través de las instituciones competentes,
aprueban los instrumentos legales para orientar la gestión descentralizada de la
inversión pública en la fase de pre inversión, estableciendo procedimientos y
reglas comunes que deben cumplir las entidades de inversión pública.
Los proyectos de inversión pública menores, son aquellos cuyo monto de inversión
no excede Bs. 1.000.000, y para estos proyectos es requisito indispensable
realizar un estudio TESA (Técnico, Económico, Social y Ambiental).
2.5.1 Ficha de identificación y validación (FIV) de proyecto de riego
Todos los proyectos de riego, sin importar el tamaño deben de comenzar con el
llenado de la Ficha FIV, la misma que necesariamente debe ser realizado por un
20
ingeniero agrónomo y un ingeniero civil para la identificación del proyecto, esta
exigencia también contempla la obra de toma que proponemos.
La FIV consiste en un formulario tabulado, donde se recaba información sobre la
situación actual del área del proyecto en cuanto a la disponibilidad de agua con
fines de riego, área regable, aptitud de los suelos para el riego, calidad del agua,
número de beneficiarios e infraestructura existente.
El llenado de la FIV se basa en visitas de reconocimiento al área del proyecto y en
la obtención de información directa de informantes de la zona (dirigentes y
personas del lugar). Los resultados esperados son la identificación de una
demanda de riego, sus posibles soluciones técnicas y el conocimiento de la
factibilidad social, legal (respecto a los derechos de uso de agua de las fuentes) e
institucional del proyecto, con una recomendación sobre la continuación,
postergación o abandono del mismo.
La FIV permite definir la identificación del proyecto a nivel de reconocimiento en el
ámbito de un sistema de producción agropecuario, del uso y manejo de los
recursos naturales con fines alimentarios y productivos y la identificación de
problemas y posibles soluciones referidas al manejo de la cuenca de aporte.
De esta manera, este instrumento permite la articulación del proyecto con
proyectos de manejo de cuencas y también con planes, programas o proyectos
referidos a la temática de producción y comercialización agropecuaria a partir de la
obtención del recurso hídrico por medio de la obra de toma.
2.6 ESTUDIOS HIDROLÓGICOS DEL RÍO
El principal objetivo de la hidrología de cualquier río es “calcular su gasto o caudal,
que siempre es variable según el régimen hidrológico de la cuenca, en una escala
de tiempo estacional o bien restringida a un episodio meteorológico”
21
Para muchos conceptos y cálculos es preciso conocer el término de avenida En
los ríos las grandes avenidas son aumentos del caudal y subidas del nivel de
aguas. En estos sucesos se conjugan factores hidrológicos, hidráulicos y de
transporte de sedimentos. La avenida puede presentarse como una pared
rugiente de agua y material sólido.
2.6.1 Régimen de un río
Las aguas que discurren por la superficie de las tierras emergidas son muy
importantes para los seres vivos, en general proceden directamente de las
precipitaciones que caen desde las nubes o de los depósitos que éstas forman.
Siguiendo la fuerza de la gravedad, los ríos discurren hasta desembocar en el mar
o en zonas sin salidas como son los lagos.
En los cauces de régimen tranquilo, las aguas se desbordan cuando los caudales
de creciente superan la capacidad a cauce lleno. Por su lado en los tramos de
régimen torrencial o de montaña, se presentan principalmente fenómenos de
socavación de fondo y erosión de márgenes.
2.6.2 Régimen hidrológico
Las variaciones de caudal definen el régimen hidrológico de un río. Las
variaciones temporales se dan durante o después de las tormentas. En casos
extremos se puede producir una crecida cuando el aporte de agua es mayor a la
capacidad del río para evacuarla, desbordándose y cubriendo las zonas llanas
más próximas. El agua subsuperficial tarda mucho más en alimentar el caudal del
río y puede llegar a él en días, semanas o meses después de la lluvia que generó
la escorrentía.
Si no llueve en absoluto o la media de las precipitaciones es inferior a lo normal
durante largos períodos de tiempo, el río puede llegar a secarse cuando el aporte
de agua de lluvia acumulada en el suelo y el subsuelo reduzca el caudal basal a
cero. Esto puede tener consecuencias desastrosas para la vida de un río y sus
riberas y para la gente que dependa de éste en su suministro de agua.
22
La variación espacial se da, porque el caudal del río aumenta aguas abajo a
medida que se van recogiendo las aguas de la cuenca de drenaje y los aportes de
las cuencas de otros ríos que se unen a él como afluentes. Debido a esto, el río
suele ser pequeño en las montañas cerca de su nacimiento y mucho mayor en las
tierras bajas, próximas a su desembocadura.
2.6.2.1 Cauces en régimen torrencial
El régimen torrencial se caracteriza porque el flujo tiene una velocidad alta, el
número de Froude es mayor que 1 y la línea del agua se ve afectada por la
formación de resultados que son ocasionados por las irregularidades del fondo y
de las secciones transversales.
Los ríos de montaña tienen régimen torrencial, debido a su gran pendiente tienen
una alta capacidad de transporte de sedimentos, el cual es alimentado por los
procesos erosivos que se presentan en fondo y contra taludes.
Por lo general, son cauces con gran capacidad de arrastre de sedimentos, la
cantidad de material que efectivamente transportan estos cauces depende de la
conformación del fondo y de la potencialidad de la fuente que produce los
sedimentos.
El lecho del río puede ser rocoso, aluvial o de material cohesivo. En el primer caso
la sección transversal es estable; en el segundo se presenta transporte de material
aluvial dentro de la capa de material suelto y en el tercero el grado de cohesión es
un factor que reduce la posibilidad de movimiento del material de fondo, en
comparación con el material aluvial del mismo tamaño.
La socavación se clasifica como socavación general y socavación local. La
general es la que se produce en lechos aluviales o cohesivos por efecto de la
dinámica de la corriente y está relacionada con la conformación del nivel de base.
Es un fenómeno a largo plazo, aun cuando haya eventos catastróficos que pueden
acelerarlo. La socavación local se presenta en sitios particulares de la corriente y
es ocasionada por el paso de crecientes y por la acción de obras civiles, como
23
obras de encauzamiento, espolones, puentes con pilas o estribos dentro del
cauce, obras transversales de control, etc.
La socavación en un tramo de una corriente natural es componente de la
socavación general y la socavación local.
Antes de diseñar obras para tratamiento de cauces es necesario conocer la
magnitud de la socavación. Para determinar la magnitud de la socavación general
se deben realizar análisis geomorfológicos entre puntos de control, o sea entre
secciones estables. Este análisis se basa en el estudio de fotografías aéreas y
cartografía de diferentes épocas y en los cambios que se aprecien en
observaciones de campo y en levantamiento topográfico.
2.6.2.2 Cauces en régimen tranquilo
Cuando la pendiente del cauce es pequeña, o cuando el flujo en el tramo que se
considera en el estudio está regulado por una curva de remanso, el régimen es
tranquilo, generalmente subcritico. En este caso, la capacidad de transporte de
sedimentos es baja y el río puede traer zonas de mayor capacidad de transporte.
La metodología que se utiliza para determinar las tasas de transporte utiliza las
mismas fórmulas que se han descrito para los tramos de régimen torrencial.
Las corrientes de llanura se caracterizan porque la pendiente es pequeña, lo cual
incide en una baja capacidad de transporte de sedimentos y en una tendencia a
inundar áreas adyacentes.
El fenómeno principal que se presenta en los tramos de baja pendiente y régimen
tranquilo es de agradación (el fenómeno denominado agradación consiste en una
afluencia masiva de sedimentos gruesos que elevan el nivel del cauce). La
magnitud de este fenómeno puede calcularse mediante controles periódicos de los
cambios que se producen en la geometría del cauce, o con realización de
balances en tramos determinados. Para realizar los balances deben medirse los
volúmenes de sedimentos que entran y salen del tramo. Los fenómenos
24
combinados de erosión y agradación generan cambios en la configuración del
fondo, y formación de brazos e islas. (Hidráulica de ríos).
2.6.3 Caudal solido del río (transporte de sedimentos)
Todos los ríos transportan material sólido, ya sea en forma de material en
suspensión o como transporte de fondo.
Por otra parte, cuando los sedimentos transportados son gruesos, pueden generar
abrasión, lo que influye en la vida útil de los diferentes componentes estructurales
de la obra. En cambio, si el transporte de fondo es fino y puede ingresar por la
rejilla, existen mínimas restricciones en función a las facilidades para su control.
Por las características del río en estudio se tiene un transporte mixto, es decir una
mezcla entre transporte grueso, mediano y fino.
2.6.4 Caudal máximo del río
Existen varios métodos para el cálculo de caudales máximos en un río pero por su
validez en cuencas pequeñas (área < 3000km2) el método racional brinda un
resultado confiable para el diseño de obras hidráulicas no muy grandes en el río.
2.6.4.1 Método racional
La hipótesis fundamental para considerar el método racional es:
Una lluvia constante y uniforme que cae sobre la cuenca de estudio, producirá un
gasto de descarga el cual alcanza su valor máximo cuando todos los puntos de la
cuenca estén contribuyendo al mismo tiempo en el punto de diseño.
La fórmula del método racional es:
𝑄 = 0.278 ∗ 𝐶 ∗ 𝑖 ∗ 𝐴
Dónde:
Q = caudal máximo en m3/s
25
C= es el coeficiente de escorrentía
i = es la intensidad de la lluvia para una duración igual al tiempo de
concentración en mm/hr
A= es el área de la cuenca drenada en km2.
a) Coeficiente de escurrimiento
Se define como coeficiente de escorrentía “c” de una superficie, al cociente del
caudal que escurre por dicha superficie QE, en relación con el caudal total QT.
𝐶 =𝑄𝐸
𝑄𝑇
El valor del parámetro C varía en función del tipo de uso de suelo.
Como generalmente la cuenca está integrada por diferentes tipos de superficie, se
calcula un coeficiente de escurrimiento promedio ponderado.
Existen coeficientes C ya determinados para zonas conocidas, que están en
función de su cobertura vegetal y su pendiente.
b) La intensidad
La intensidad a ser usada en la fórmula viene de la curva IDF (Intensidad Duración
Frecuencia), usando el tiempo de concentración como duración de la lluvia.
El tiempo de concentración se define como el tiempo que tarda en llegar a la
sección de salida la gota de lluvia caída en el extremo hidráulicamente más
alejado de la cuenca. Varios autores han realizado ecuaciones empíricas para su
cálculo entre las fórmulas más usadas se encuentra la de Kirpich.
tc = 0.000325 ∗L0.77
S0.385
Dónde:
26
L = es la longitud del cauce más largo de la cuenca en km
S= es la pendiente del cauce más largo de la cuenca
2.7 DATOS TÉCNICOS DE LA ZONA DEL TERRENO
En general para la ubicación de la obra de toma se debe tener en cuenta
Trazado del cauce.
Condiciones geológicas y topográficas del sitio: se debe disponer de un
terreno de condición geológica aceptable y relativamente plana para ubicar
el desarenador
Facilidades de construcción
En la siguiente figura se puede observar la ubicación ideal de una obra de toma en
un río con baja pendiente y de caudales elevados.
FIGURA 9. UBICACIÓN DE LA OBRA DE TOMA
Fuente: Diseño hidráulico de estructuras, José Luis García
2.8 TOPOGRAFÍA DEL TERRENO
El diseño de este tipo de tomas es un proceso complejo que involucra muchos
parámetros. Principalmente porque la estabilidad de este tipo de obras no sólo
27
depende de los parámetros hidráulicos, sino también de las características
fisiográficas y propiedades de los materiales que conforman el suelo sobre el que
se diseñará y construirá la toma. Así la topografía tiene una influencia
predominante en los criterios y el producto del diseño.
Se debe realizar el levantamiento topográfico de la zona en el cual se va a
efectuar la construcción de la obra de toma.
2.9 ANÁLISIS DEL FLUJO EN LA TOMA CÁUCASO
Las características topográficas, geomorfológicas y de comportamiento hidráulico
de los ríos de alta montaña son contrarias a la construcción de estructuras
transversales que tengan como objetivo elevar apreciablemente el nivel de las
aguas.
Estos ríos tienen todas las características de torrente que transportan gran
cantidad de material sólido. Bajo estas condiciones cualquier estructura
transversal que supere el límite físico de la solera seria colmatada en breve tiempo
por el sedimento que en grandes cantidades afluye sobre la sección.
En este contexto, la toma de agua Cáucaso es conveniente ya que no altera las
condiciones reales de escurrimiento ya que su coronamiento coincide con el nivel
físico de la solera.
La hidráulica del sistema diferencia tres estados de flujo:
Flujo a través de las rejillas.
Flujo en la cámara de captación.
Flujo sub superficial.
2.9.1 Flujo a través de las rejillas
El flujo a través de las rejillas y en la cámara de captación son propios y se
comportan igual tanto en la toma tirolesa como en la toma Cáucaso.
28
El dimensionamiento de la rejilla se basa en la formula general de vertederos,
cuyos coeficientes varían en función de la forma de la rejilla, separación entre
barras, pérdidas de carga, régimen del flujo de llegada y caudal de diseño.
𝑄 =2
3∗ 𝑐 ∗ 𝜇 ∗ 𝐵 ∗ 𝐿 ∗ √2𝑔ℎ
Q = Caudal a ser captado por la rejilla
c = Coeficiente de la rejilla
μ = Coeficiente de descarga de la rejilla
B = Ancho de la toma tirolesa en metros.
L = Longitud de toma de la rejilla en metros
h = Profundidad del agua en el borde superior de la rejilla
g = Aceleración de la gravedad = 9.81 m/s2
2.9.1.1 Coeficiente de rejilla “C”
Su valor depende de la abertura entre barras adyacentes “a” y del espacio entre
los ejes de cada barra “b” según se muestra en la figura y también depende de la
inclinación de la rejilla β. Y se calcula con la siguiente formula.
c = 0.6 ∗a
b∗ (cosβ)
32
29
FIGURA 10. RELACIÓN ENTRE LAS DIMENSIONES DE UNA REJILLA
Fuente: PROAGRO/GTZ Criterios de diseño y construcción de obras de captación para riego
(2010)
2.9.1.2 Coeficiente μ
El coeficiente μ depende de la forma de las barras de la rejilla y del tirante, para
barras rectangulares las investigaciones de Noseda dan como resultado la
siguiente relación empírica:
μ = 0.66(a
b)−0.16 ∗ (
b
a)0.13
2.9.1.3 Profundidad del agua en el borde superior de la rejilla “h”
Se acepta que la profundidad del agua en el borde superior de la rejilla “h”, medida
en sentido perpendicular a la rejilla, como se muestra en la figura Nº10, se da en
función de la profundidad crítica “hcr” que se presenta al momento de ingresar el
agua por la rejilla. En este sentido, el flujo de aproximación a la toma tirolesa debe
ser en lo posible flujo sub crítico, uniforme, libre de turbulencias y bien distribuido.
2.9.1.4 Longitud de la rejilla “L”
La longitud de la rejilla se mide en sentido de su pendiente. Algunos autores
recomiendan que el ángulo de inclinación de la rejilla varié entre 30 y 45º a fin de
30
evitar al máximo el ingreso de material grueso al canal colector, así como su
obstrucción por ramas y basura.
Este último criterio es aparentemente, el más adecuado para el diseño de la toma
tirolesa. Sin embargo, en ambos casos se recomienda que la longitud calculada de
la rejilla sea incrementada en un 20% para contrarrestar potenciales
obstrucciones. En la siguiente figura se puede observar la longitud de la rejilla.
FIGURA 11. PROFUNDIDAD DEL AGUA EN EL BORDE SUPERIOR
Fuente: PROAGRO/GTZ;: Criterios de diseño y construcción de obras de captación para riego (2010).
2.9.2 Flujo sub superficial
El flujo sub superficial es propio de la toma tipo Cáucaso y como ya se mencionó
estará regido por la ley de Darcy.
Considerando la porosidad (relación entre el volumen de vacíos y el volumen total
de la muestra) y tomando en cuenta el principio de continuidad:
𝑄 = 𝑣 ∗ 𝐴 = 𝑣𝑠𝐴𝛾 , 𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎
31
Dónde:
A = área de descarga.
V = velocidad de descarga
Av= Área de filtración o de vacíos.
vs= velocidad de filtración.
Para la longitud de muestra L:
𝑣𝑚 =𝑣 ∗ 𝐴 ∗ 𝐿
𝐴𝑣 ∗ 𝐿= 𝑣 ∗
𝑉
𝑉𝑣
Dónde:
V= Volumen del material
Vv= Volumen de vacíos.
n = Porosidad.
Lo anterior explica que la velocidad de filtración está asociada a la porosidad o a
los vacíos existentes en un suelo. En condiciones reales los parámetros que
gobiernan el flujo son: gradiente hidráulico, velocidad de filtración, diámetro de
granos, disposición de los granos, forma de los granos, forma y dimensión de las
barras de la rejilla.
Según Forchheiner (1901), para números de Reynolds (relacionados a flujo
subterráneo) grandes, el gradiente i sigue la siguiente ley:
𝑖 = 𝐴 ∗ 𝑣 + 𝐵 ∗ 𝑣2
La no linealidad se atribuye principalmente a la turbulencia y a las fuerzas de
inercia.
32
Considerando un factor de fricción igual a:
𝑓 =𝑔 ∗ 𝑑 ∗ 𝑖
2𝑣2
Donde d es el diámetro del conducto. La relación entre el factor de fricción y el
número de Reynolds Re se obtiene de la relación.
𝑓 =𝐶
𝑅𝑒
Donde C es una constante que ha sido investigada por diferentes investigaciones
de manera experimental obteniéndose un valor del orden de 100.
Se puede decir que el flujo en el flujo de agua en medios porosos existen tres
estados.
Re < flujo evidentemente laminar; sigue la ley de Darcy.
1<Re<100 campo de transición, el flujo es aun laminar pero no sigue la ley
de Darcy.
Re ˃100 flujo plenamente turbulento. La relación entre la velocidad de
filtración vm y el gradiente hidráulico es no lineal.
La simulación del fenómeno en un modelo hidráulico está íntimamente ligado al
coeficiente de perdida de carga por fricción f Fanning, que determina el nivel de
similitud Naturaleza/modelo.
El número de Fanning estará expresado por:
𝑓 =𝑔 ∗ 𝑑 ∗ 𝑖
2𝑣2
Dónde:
33
I = H/I =v/k Gradiente hidráulico en la ecuación de Darcy
Las pruebas experimentales se realizaron para un filtro formado por material
granular distribuido de la siguiente manera:
TABLA 1. PRUEBA EXPERIMENTAL PARA FILTRO DE MATERIAL GRANULAR.
CAPA
DIÁMETRO pulg.
ESPESOR cm
Piedra
Grava
Grava
Grava
3
2-1.5
1.5-1
1-3/4
60
30
30
20
Fuente: Diseño hidráulico de estructuras, José Luis García
Las investigaciones que se realizaron bajo dos perspectivas:
Estudio de la obra de toma considerando únicamente el funcionamiento del
filtro.
Estudio de la obra de toma considerada la colmatación del sector de aguas
arriba de la obra con sedimento.
Los resultados del estudio de capacidad de captación frontal con filtro, además de
mejorar el conocimiento sobre este tipo de medio poroso, tienen capacidad para
captaciones emplazadas en sectores en los que no se presenta sedimentación; es
estos casos el filtro deberá protegerse contra la erosión.
2.10 CÁMARA DE CAPTACIÓN
Una vez el flujo ha superado la rejilla, continua su trayectoria hacia un canal que
se constituye de una cámara de captación. El desarrollo del flujo sobre la rejilla
34
puede considerarse como bidimensional, mientras que en la cámara de captación
presenta un flujo plenamente tridimensional.
El chorro al llegar a la base del canal alcanza su máxima energía cinética por lo
tanto su mínimo tirante. Sea por los tirantes que se generan en este lugar,
inmediatamente aguas abajo, y por el efecto de impacto que se presenta sobre las
paredes del depósito, se desarrollan procesos semejantes al resalto hidráulico,
con gran turbulencia, variaciones oscilantes del nivel de agua y procesos de
absorción de flujo puede dar lugar a que los niveles de agua superen los límites
físicos de la cámara, por lo que es necesario considerar lo indicado para el
dimensionamiento.
2.10.1 Flujo en la cámara de captación
Para el análisis del flujo en la cámara de captación se realizará mediante la
fórmula de Manning.
La fórmula de Manning es usada para el cálculo de velocidades del agua en
canales abiertos y tuberías y fue propuesta en 1889.
V =1
n∗ Rh
23 ∗ S1/2
Dónde:
V= velocidad del flujo (m/s)
n= Coeficiente de rugosidad de Manning
Rh= Radio hidráulico de la sección
S= Pendiente en tanto por 1 del canal.
Se puede realizar una operación en la fórmula para calcular directamente el
caudal en el canal resultando la fórmula:
35
Q =1
n∗ A ∗ Rh
23 ∗ S1/2
Dónde:
Q= Caudal en m3/s
A= área de la sección en m2.
El coeficiente “n” se denomina coeficiente de rugosidad y depende del material
con que se halla construido el canal, como se muestra en la siguiente tabla.
TABLA 2. COEFICIENTE DE RUGOSIDAD
Tipo de canal Coeficiente
Metal 0,013
Cemento 0,011
Mortero 0,013
Hormigón acabado a llana 0,013
Hormigón acabado en bruto 0,017
Gunita 0,022
Ladrillo 0,015
Mampostería 0,025
Fuente: Vente Chow
Mientras mayor sea el valor de este coeficiente el caudal de agua que recorra el
canal será menor pero por facilidad constructiva generalmente se construyen
canales abiertos de mampostería.
36
2.10.1.1 Sección de la cámara de captación
Los parámetros del área y el radio hidráulico en la expresión que propuso Manning
dependen exclusivamente de la geometría transversal que tenga la sección a
utilizarse.
Por haber sido demostrada su eficiencia y facilidad constructiva las formas
transversales más usadas son las secciones rectangulares y trapezoidales.
TABLA 3. PROPIEDADES HIDRÁULICAS DE SECCIONES
Fuente: Luis Muñoz Matos
2.11 EL DESARENADOR
Los desarenadores son estructuras hidráulicas que sirven para decantar el
material solido no deseable que lleva el agua. Ese material no es deseable en un
sistema de riego porque a partir de ciertas cantidades y tamaños de partículas en
suspensión:
Se depositará en el fondo de los canales disminuyendo su sección
reduciendo su capacidad de conducción. Esto obligaría a realizar tareas de
mantenimiento regulares, lo que se traduce en elevados costos y produce
molestas interrupciones en el servicio.
37
Erosionaría las paredes de canales y en especial de tuberías de conducción
y sifones invertidos.
Obstruiría tuberías de conducción, sifones invertidos, medidores y otras
obras de arte.
La presencia de abundante material solido en el agua de riego es una de las
principales características de los sistemas de montaña. Tiene relación directa con
la gran susceptibilidad a la erosión de los suelos andinos por la confluencia de
factores como precipitaciones de alta intensidad, pendientes de terreno
pronunciada y sostenida y la falta de cobertura vegetal. En consecuencia, el agua
que escurre superficialmente lleva partículas sólidas a los ríos. Estos erosionan
sus orillas y fondo y transportan este material hacia abajo. Este procedimiento es
tanto más intenso cuanto mayor es la gradiente. El diámetro del material solido
arrastrado es aproximadamente proporcional a la secta potencia de la velocidad
del agua. El transporte de sedimentos es un proceso que complejo, para
simplificar su estudio se han dividido los sólidos, de cierta forma arbitraria, en
solidos que ruedan por el fondo y en sólidos en suspensión. Mientras que en los
ríos de llanura los arrastres de fondo generalmente no llegan al 10% de los
suspendidos, en ríos de montaña puede acercarse al 50% del total.
La capacidad de transporte del canal aguas abajo del desarenador deberá ser
constante para garantizar la no decantación de material solido que logra pasar
hacia el canal.
De acuerdo a su tipo de operación de limpieza, los desarenadores pueden ser:
De lavado continuo, cuando puede realizar la sedimentación y la
evacuación del material sedimentado al mismo tiempo.
De lavado discontinuo o intermitente, cuando almacena el material
sedimentado y luego lo expulsa, en una operación diferente. La operación
de lavado se procura realizar en el menor tiempo posible para minimizar la
perdida de agua.
38
De lavado enteramente manual.
2.11.1 Componentes de un desarenador
Existen varios componentes para el funcionamiento correcto del desarenador
algunos componentes pueden ser no construidos o construidos de diferente forma.
2.11.1.1 Transición de entrada
Sirve para conducir de una manera gradual al agua que viene del canal hacia la
cámara de sedimentación, esta transición minimiza la formación de turbulencias
que perjudicarían a la sedimentación. Para ello, se asegura que la transición tenga
un ángulo de divergencia no mayor a 12º30”.
2.11.1.2 Cámara de sedimentación
Es donde por aumento de sección se logra la disminución de la velocidad del flujo,
que hace que las partículas sólidas se precipiten al fondo. La forma de la sección
transversal puede ser cualquiera aunque generalmente se escoge la trapezoidal o
rectangular por ser más económica y más fácil de ejecutarse constructivamente.
La pendiente del fondo debe estar entre 2% y 6% para facilitar la evacuación de
los materiales sólidos depositados.
2.11.1.3 Vertedero
Se construye al final de la cámara de sedimentación para captar el agua limpia de
las capas superiores y entregarla al canal. La velocidad del flujo a través del
vertedero debe ser también limitada (1 m/s como valor máximo) para no provocar
turbulencia en la cámara de sedimentación. Para esa velocidad la altura del agua
sobre la cresta del vertedero no deberá pasar los 25cm. Cuando la profundidad de
la cámara de sedimentación es mayor que la del canal puede simplificarse el
diseño simplemente disponiendo de un escalón al final de la cámara de
sedimentación hasta alcanzar el nivel de solera del canal de salida.
39
2.11.1.4 Compuerta de fondo
Normalmente, los desarenadores también incluyen una compuerta de lavado y un
canal directo por el cual se da servicio, mientras se lava el desarenador abriendo
la compuerta.
Cuando los canales en ladera de montaña se apoyan en terreno muy erosionable
la velocidad del agua que debería desalojar el material sedimentado es demasiado
elevada y podría ocasionar serios efectos erosivos sobre las laderas. Conducir esa
agua hacia lugares menos susceptibles a erosión aumentaría demasiado los
costos.
El lavado de la cámara implica una pérdida de agua y en muchos sistemas de
riego no se puede permitir este derroche ya que perjudicaría a los beneficiarios, es
por eso que los usuarios prefieren limpiar manualmente el desarenador por lo que
la compuerta seria prescindible.
El desarenador tendrá por lo tanto la misión de retener el material solido que logre
superar la rejilla.
En la siguiente figura se puede observar un esquema del desarenador mostrando
sus componentes.
40
FIGURA 12. ESQUEMA DEL DESARENADOR
Fuente: Roger Mattos: Pequeñas obras hidráulicas
El dimensionamiento de esta obra se fundamente en dos condiciones:
Deberá permitir la retención del material solido que tenga diámetros mayores
al diámetro máximo permitido por las condiciones de escurrimiento de la
estructura de conducción.
Los sedimentos atrapados deberán ser rápidamente evacuados durante las
operaciones de limpieza.
2.12 NIVEL DE AGUA EN LA CÁMARA
El flujo hacia el desarenador deberá ser de escurrimiento libre, es decir, que no
deberá presentar perturbación alguna, lo cual se alcanza a través de una
estructura de caída de pequeña altura. En esta estructura, el flujo dependerá de la
altura de la caída y del nivel de agua en la cámara.
Cámara de
sedimentación
Compuerta de fondo
Vertedero
Transición de entrada
41
De la ecuación de Bernoulli, para caída con flujos sumergido en combinación con
la expresión del impulso para el tirante conjugado y el número de Froude para un
resalto hidráulico estable, se obtiene la altura necesaria en la cámara de
sedimentación hab y la altura de caída W, es decir.
s + ℎ𝑐(1 + 0.5𝐹𝑟𝑐2) = ℎ𝑚𝑖𝑛(1 + 0.5𝐹𝑟𝑚𝑖𝑛
2 ) + ℎ𝑣
Ecuación de impulso
𝑆 + ℎ𝑚𝑖𝑛 =1
2𝑐𝑜𝑠𝛼[√
8𝐹𝑟𝑚𝑖𝑛2 ∗ 𝑐𝑜𝑠3𝛼
1 − 2𝑘 ∗ 𝑡𝑔𝛼+ 1 − 1] ∗ ℎ𝑚𝑖𝑛
Numero de Froude:
𝐹𝑟𝑚𝑖𝑛2 =
𝑄2
𝑔 ∗ 𝑏𝑐2 ∗ ℎ𝑚𝑖𝑛
3
ℎ𝑣 = 𝑓 ∗ 0.5 ∗ 𝐹𝑟𝑚𝑖𝑛2 ℎ𝑚𝑖𝑛
Como primera aproximación: f=0.1
𝑏 = 3𝑏𝑐 → ℎ𝑚𝑖𝑛 = (1
3𝐹𝑟𝑚𝑖𝑛)
23
ℎ𝑐𝑟𝑖𝑡
ℎ𝑐 = 0.8 ∗ ℎ𝑐𝑟𝑖𝑡
Se puede calcular el hmin.
ℎ𝑚𝑖𝑛 = (1
3𝐹𝑟𝑚𝑖𝑛)
23⁄
∗ [1
2∗ (√11.39 ∗ 𝐹𝑟𝑚𝑖𝑛
2 + 1 − 1) − 0.55𝐹𝑟𝑚𝑖𝑛2 + 3.29 ∗ 𝐹𝑟
𝑚𝑖𝑛
23⁄
]
∗ ℎ𝑐𝑟𝑖𝑡
Según US Bureau of Reclamation para un resalto hidráulico estable, Frmin ˃4.5 por
lo que:
42
ℎ𝑚𝑖𝑛 ≤ 0.7ℎ𝑐𝑟𝑖𝑡
𝑊 ≥ 0.56ℎ𝑐𝑟𝑖𝑡
2.13 ÁREA TRANSVERSAL DE LA CÁMARA DEL DESARENADOR
Una vez definido el diámetro mínimo que se desea sea retenido en el
desarenador, se determinará la velocidad media de flujo. La geometría general de
esta estructura deberá permitir el escurrimiento de manera uniforme en toda la
sección, sin perturbaciones y zonas muertas.
Inicialmente se establecerá una sección rectangular, sobre cuya base se realizará
el diseño geométrico de la sección. De la experiencia se recomienda considerar
una relación altura: ancho de 1,25:1. Considerando un diámetro mínimo de
0.5mm, se obtiene una velocidad de flotación teórica una velocidad media de flujo
necesaria de 0.3 m/s. En la figura 13 se tiene una curva que muestra una relación
teórica entre el diámetro de las partículas y la velocidad de flotación.
FIGURA 13. VELOCIDAD DE FLOTACIÓN DE PARTÍCULAS EN FUNCIÓN DEL
DIÁMETRO
Fuente: Roger Mattos. Pequeñas obras hidráulicas,.
DIÁMETRO CRÍTICO DE LAS PARTÍCULAS (mm)
DIÁMETRO CRÍTICO DE LAS PARTÍCULAS (mm)
Velo
cid
ad
teó
rica d
e f
lota
ció
n
Velo
cid
ad
teó
rica d
e f
lota
ció
n
43
Definida la relación h: b, se puede calcular el ancho necesario del desarenador
asumiendo una abertura de la compuerta de limpieza a y adoptando una velocidad
de flotación de 0.3m/s.
El incremento de la pendiente en el desarenador tiene dos propósitos: ampliar
gradualmente la sección para reducir la velocidad de flujo y contar con un canal de
fuerte pendiente durante las operaciones de limpieza. Se recomienda una
pendiente del fondo del desarenador entre 2 a 5 %.
El propósito de lograr un escurrimiento uniforme en toda la sección, sin
perturbaciones y zonas muertas, se define principalmente por la distribución de
velocidades que deberá ser simétrica y uniforme, sin embargo, está condicionado
al proceso de flujo que se presenta en la zona de transición al desarenador.
Para corregir situaciones de no uniformidad en la distribución de velocidades, se
plantea diversas medidas; las mismas que en general consiste en emplazar en el
inicio del desarenador estructuras permeables con celdas que forman pequeños
canales orientadores del flujo.
Estos elementos pretenden reducir la turbulencia y perturbaciones generadas y
obligar a mantener un flujo de tipo laminar. Las pruebas en laboratorio demuestran
la gran dificultad de lograr este propósito, principalmente cuando en la zona de
transición al desarenador la turbulencia alcanza magnitudes elevadas.
Al escurrir por debajo del travesaño, el chorro encuentra un medio de mayor
volumen que obliga al flujo a seguir trayectorias con distribución de velocidades de
mayor uniformidad. La altura de la abertura podrá elegirse entre hcrit y 1.5hcrit.
Del diagrama se obtiene el ancho medio del desarenador, que disminuirá
gradualmente aguas arriba y aumentará aguas abajo. Para inducir a la deposición
del material solido en la zona media de la cámara se podrá inclinar las paredes
laterales en su zona inferior en una altura y un talud determinado.
44
2.13.1 Longitud del desarenador
Se determina la longitud del desarenador a partir de la velocidad de flotación v, la
velocidad de sedimentación w, tirante medio h y el factor ϕ que define el grado de
sedimentación.
Para el diámetro mínimo de sedimentación se establece la velocidad de
sedimentación w y para un tirante h el tiempo de sedimentación t=h/w. Este tiempo
no podrá ser mayor al tiempo de flujo en el desarenador, de donde resulta la
longitud necesaria L =v*t (utilizando las expresiones de la velocidad de flujo y la
velocidad de flotación). Considerando la concentración de sedimentos antes (ca) y
después (cd) de la sedimentación se obtiene la relación 𝜂 = 100 (1 −𝐶𝑑
𝐶𝑎) y su
correspondiente coeficiente ϕ.
Para el cálculo de la longitud del desarenador se podrá usar la expresión
desarrollada por Melikanov:
𝐿 = [𝜆 ∗ 𝜈 ∗(√ℎ − 0.2)
2.74𝑤]
2
2.14 COMPUERTA DE LIMPIEZA
Las dimensiones de la compuerta de limpieza están asociadas a las condiciones
de purga de sedimentos que el proyectista considere necesarias; se podrá tomar
en cuenta principalmente aspectos como: régimen de caudales de ingreso,
características del movimiento de sedimentos en el lugar de la toma y condiciones
de operación del sistema receptor.
El ingreso de material sólido al sistema tendrá lugar principalmente en época de
lluvias, por lo que en estos periodos se presentará mayor necesidad de operación
de la compuerta.
45
Las dimensiones de la abertura de fuga dependerán de factores como la densidad
del material, diámetro de los granos y tiempo de limpieza. Las bases de diseño se
fundamentan en los principios del movimiento de sedimentos.
Para acelerar el proceso de limpieza se puede construir a continuación de la
compuerta un canal de mayor pendiente, considerando además la incorporación
de estructuras disipadoras de energía, para reducir los niveles de erosión.
2.15 AGUA PARA RIEGO
El riego es la aplicación del agua al suelo para complementar la lluvia deficiente y
proporcionar humedad para el crecimiento de las plantas.
La primera etapa de la planeación de un proyecto de riego consiste en el
conocimiento de la capacidad de la tierra para producir cosechas que
proporcionen ganancias adecuadas a la inversión que se haga para construir las
obras. Tierra arable, es la tierra que cuando se prepara en forma adecuada para la
agricultura, dará un rendimiento suficiente que justifique su explotación.
2.15.1 Demanda o necesidad de riego de la cosecha
La necesidad o demanda de riego de la cosecha es aquella porción del uso
consuntivo que debe proporcionarse con el riego. Esta demanda es igual al uso
consuntivo menos la precipitación efectiva. La precipitación del invierno
únicamente es efectiva en la cantidad en la cual permanece en el suelo hasta
temporada de crecimiento. La precipitación efectiva en invierno, es la precipitación
neta o almacenamiento disponible para la humedad cuando alguno de estos
valores sea el menor. Únicamente debe considerarse un almacenamiento en la
zona radicular, la cual se prolonga hasta una profundidad de 3 o 4 pies.
46
TABLA 4. ALMACENAMIENTO DE HUMEDAD EN VARIOS SUELOS
Tipo de suelo Almacenamiento en plg/pie
Arcilla 2.5
Grava limosa 2.0
Grava arenosa 1.5
Arena fina 1
Arena gruesa 0.5
Fuente: Ray K. Linsley Ingeniería de los recursos hídricos
2.15.2 Relaciones suelo – agua
El agua que se aplica en el riego entra al suelo, y las plantas a su vez lo extraen
de éste por su crecimiento. El suelo viene a ser un deposito en el cual se
almacena el agua para su uso por las plantas en el tiempo que transcurre entre
cada riego. El almacenamiento y movimiento de esta fase suelo-agua son factores
importantes en la planeación del riego.
El agua puede estar presente en la zona de aireación en tres condiciones
diferentes. Puede estarse moviendo entre los poros grandes del suelo bajo la
influencia de la gravedad; puede estar retenida por capilaridad en los pequeños
espacios porosos y contra la acción de las fuerzas gravitacionales; o puede estar
retenida más o menos por las partículas del suelo por atracción molecular (agua
higroscópica).
2.15.3 Calidad del agua para riego
No toda el agua es adecuada para su uso en riego. El agua no satisfactoria puede
contener:
Sustancias químicas toxicas a las plantas o a las personas que emplean las
plantas como alimento
47
Sustancias químicas que reaccionan con el suelo para producir
características de humedad no satisfactorias.
Bacterias dañinas a las personas o a los animales que comen las plantas
regadas con esas aguas.
Prácticamente, es la concentración de un compuesto dentro de la solución del
suelo, la que determina el peligro, y las soluciones del suelo están de dos a cien
veces más concentradas que el agua para riego. Por lo tanto, los criterios que se
basan sobre la salinidad del agua para riego, solo pueden ser aproximados. Al
empezarse a regar con agua inconveniente, puede no haber evidencias sobre
daños, pero con el transcurso del tiempo la concentración salina en el suelo puede
aumentar conforme la solución del suelo permite arrastre o movimiento hacia
debajo de las sales y contribuye a evitar acumulaciones serias de éstas. Por esta
razón si el drenaje natural es inadecuado, puede ser necesario un drenaje artificial
del suelo.
Las altas concentraciones de sal, algunas veces pueden evitarse mezclando el
agua salada con agua de mejor calidad originaria de otra fuente alimentadora y
para que la concentración final utilizada este dentro de los límites de la seguridad.
La precipitación fluvial durante la temporada o estación sin cultivo contribuirá a
lavar por arrastre las sales del suelo. Puede ser necesario, sin embargo, aplicar un
exceso de agua de riego para que la percolación profunda evite la acumulación
indeseable de sal en el suelo. Si la salinidad del agua para riego es C y la cantidad
de aplicación es Q, la cantidad de sal aplicada al campo es CQ (Ray Linsley
Ingeniería de recursos hidráulicos,1964).
Las sales de calcio, magnesio, sodio y potasio también pueden ser dañinas en el
agua de riego. Estas sales en cantidades excesivas reducen la actividad osmótica
de las plantas evitando la absorción de nutrientes del suelo. Además, pueden
también tener efectos químicos indirectos sobre el metabolismo de la planta, y
pueden reducir la permeabilidad del suelo impidiendo el drenaje adecuado o la
aireación. El efecto de las sales sobre la actividad osmótica de las plantas
48
depende principalmente de la cantidad total de sales en la solución del suelo. La
concentración crítica en el agua para riego depende de muchos factores, pero
para algunas plantas las cantidades que pasan de 700mg/lt son dañinas y más de
2000mg/lt de sales disueltas es una concentración perjudicial para casi todas las
plantas de cultivo.
49
CAPITULO III: INGENIERÍA DEL PROYECTO
3.1 UBICACIÓN DE LA ZONA DEL PROYECTO
El municipio Sapahaqui, es la segunda sección de la provincia Loayza, del
departamento La Paz distante a 77km de la ciudad de La Paz.
3.1.1 Plano de ubicación
FIGURA 14. MAPA POLÍTICO DE BOLIVIA
Fuente: http://fotosdeculturas.blogspot.com/2010/11/dibujos-del-mapa-de-bolivia.html
50
FIGURA 15. UBICACIÓN GEOGRAFICA DE SAPAHAQUI.
Fuente: http://www.bookingbox.org.uk/
La segunda sección municipal Sapahaqui, administrativamente se encuentra
dividida en 3 cantones: primer Cantón Sapahaqui, segundo cantón Caracato,
Tercer cantón Muruhuta.
Sapahaqui se encuentra entre las coordenadas geográficas 67º 45` - 68º 00`
Longitud oeste y 16º 52` - 17º 10` latitud sur limitando al norte con los municipios
de Palca y Mecapaca, al sur con los municipios de Patacamaya y Luribay, al oeste
con los municipios de Patacamaya, Ayo Ayo y Calamarca, al este con los
municipios de Cairoma y Luribay.
Tiene una extensión territorial aproximada de 1.023,29 kilómetros cuadrados, que
representa el 33.4% de la superficie de la provincia Loayza.
51
En el municipio de Sapahaqui se han determinado la presencia de dos pisos
ecológicos, los cuales son: Cabecera de valle y Valle.
El territorio municipal de Sapahaqui corresponde a la provincia fisiográfica de la
cordillera oriental, formando parte de la gran meseta andina, la que es parte de los
valles interandinos comprendida desde el norte de La Paz, pasando por Sorata,
Rio abajo, Sapahaqui, Caracato, Luribay, Araca, extendiéndose hasta los Yungas.
(Plan de Desarrollo Municipal, Sapahaqui 2000).
3.1.2 Ubicación en el río de la obra de toma
La obra de toma se realizará en una parte del río Sapahaqui donde se pueda
contar con el aporte de la mayor cantidad de ríos de la cuenca.
El río Sapahaqui donde se planea realizar el diseño, cuenta con varios cambios de
sección a lo largo de su trayecto, se decidió situar el proyecto de la obra de toma
en una parte del lecho del río que es ancha para poder captar mayor agua sub
superficial. En la siguiente figura se puede observar la vista en planta del lugar a
ser ubicada la toma.
FIGURA 16. VISTA EN PLANTA DE LA UBICACIÓN DE LA OBRA
Fuente: Google earth
52
Como se puede observar en la figura 17, el flujo del agua tiene una pendiente
hacia el lado derecho en relación al flujo, lo cual nos indica que es más
conveniente situar la obra de toma en ese lugar.
FIGURA 17. VISTA A NIVEL DE TERRENO
Fuente: Elaboración propia
3.1.3 Vías de acceso
El municipio Sapahaqui tiene cinco principales caminos estables en época seca,
que articula con las ciudades y otras provincias a través de la carretera
panamericana LA PAZ - ORURO.
Las rutas son las siguientes:
Ruta 1 (LA PAZ –VILLA REMEDIOS- SAPAHAQUI).
Ruta 2 (LA PAZ - CALAMARCA – SAPAHAQUI).
53
Ruta 3 (LA PAZ – EL THOLAR – URMIRI – KHATA- CARACOTO –
SAPAHAQUI)
Ruta 4 (LA PAZ – AYO AYO – MACAMACA- CARACOTO – SAPAHAQUI)
Ruta 5 (LA PAZ – PATACAMAYA- MURUHUTA- SAPAHAQUI)
La ruta 1 y la ruta 2 (que puede ser observada en la figura 18) pueden ser
transitadas solo durante época seca ya que en época de lluvias estos caminos son
muy dañados por las lluvias
Las rutas 3, 4 y 5 son transitables durante todo el año.
FIGURA 18. CAMINOS DE ACCESO A SAPAHAQUI
Fuente: Elaboración propia
El municipio se encuentra en un rango altitudinal de 2,580 m.s.n.m. a los 4000
m.s.n.m. según el I.G.M. La situación geográfica del municipio, condiciona una
diferenciación hídrica que abarca desde la región árida a sub húmeda seca, y que
no solo es causada por la presión atmosférica, además, factores como la
pendiente determinan variaciones locales de clima en la sección municipal.
54
De acuerdo a datos de SENAMHI, dela estación meteorológica cercana a
Sapahaqui (Luribay), el promedio de precipitación anual del periodo 1998 – 2003
es de 28.2mm. Los meses en que se registran promedios más altos de
precipitación son diciembre y enero con 85.7 mm y 102.5mm respectivamente y
los meses con menor precipitación promedio son junio con 0 mm y julio con 0.2
mm.
FIGURA 19. MAPA CARRETERO LA PAZ - SAPAHAQUI
Carretera de tierra
Carretera asfaltada
Fuente: www.mirabolivia.com
55
3.2 DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DEL PROYECTO
3.2.1 Clima
Sapahaqui climáticamente se encuentra en la clasificación DB´3 db´3, semiárido
tercer meso termal con débil o ningún excedente de agua, normal al tercer meso
termal. Con un indicie hídrico de -40 a -20 y una evapotranspiración anual de 855
– 997 mm.
La ubicación geográfica condiciona una diferenciación hídrica que abarca desde la
región árida a la región sub húmeda seca, que no sólo es causada por la
diferenciación de las precipitaciones pluviales, sino por la presión atmosférica,
además de factores como la pendiente determinan variaciones locales de clima en
la sección municipal.
3.2.2 Temperatura
No se cuenta con una estación meteorológica en funcionamiento en el municipio
de Sapahaqui, por lo cual se debe recurrir a datos meteorológicos más próximos a
Sapahaqui como es la estación meteorológica de Luribay.
Las temperaturas promedio en Cabecera de valle varían entre 10 y 15 ºC, tiene
regularidad de temperaturas a lo largo del año. A pesar de tener épocas marcadas
de lluvia y sequía, los cambios de tiempo son bastante más suaves debido a la
influencia de las montañas que actúan como barreras protectoras y mantienen
masas de aire con temperaturas estables.
Se puede observar que la temperatura media para la zona de los valles es
relativamente estable con un rango de variación de 15,9 a 19,9 º C y una media de
18,2ºC. Las temperaturas mínimas y máximas registradas son de 7,6 y 29,5º C
respectivamente. La temperatura promedio supera a los 30ºC en un promedio de
cada 10 años, en el mes de diciembre, mientras la temperatura mínima alcanza a
3.7ºC en los meses de invierno y 10ºC en verano.
56
Los cambios de tiempo, son más suaves en el valle debido a la influencia de las
montañas que actúan como barreras protectoras. Estas montañas mantienen en
los valles y cañadones masas de aire con temperatura relativamente estables
minimizando el efecto de los vientos fríos y las variaciones bruscas, sobre todo en
la época de invierno. Este comportamiento más o menos estable de temperatura
con 4 grados de amplitud permite la producción de cultivos de hortalizas.
TABLA 5. TEMPERATURA PROMEDIO (1993-2013)
AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
1993 18,2 19,0 19,0 18,8 18,0 16,6 15,5 16,0 17,4 19,2 20,3 20,3
1994 19,6 19,4 19,3 18,9 17,9 15,2 15,8 16,4 17,8 19,4 19,7 20,3
1995 20,1 20,1 20,1 19,5 17,0 16,5 17,2 17,7 18,2 19,7 20,0 19,5
1996 19,5 19,9 20,0 18,9 17,9 15,1 14,8 16,6 18,0 19,1 18,6 18,9
1997 18,8 18,6 17,6 17,9 16,6 16,8 16,6 17,0 18,9 20,2 20,6 21,6
1998 21,9 21,8 21,1 20,6 18,0 **** **** 17,2 17,9 18,9 19,3 20,3
1999 19,5 18,8 18,2 18,5 17,4 15,8 15,2 16,1 17,6 18,4 19,6 20,1
2000 18,8 19,0 19,4 19,6 17,7 16,2 15,3 17,3 18,6 19,0 21,0 19,7
2001 18,1 19,2 19,0 19,0 17,5 15,9 15,9 15,8 17,9 19,4 21,1 19,9
2002 20,4 20,1 20,1 19,5 17,9 16,5 15,1 17,2 18,6 19,1 20,5 20,5
2003 20,4 20,6 20,1 18,9 18,0 16,4 15,5 16,4 17,2 19,6 21,1 20,8
2004 19,7 19,5 20,4 19,7 16,6 15,8 15,8 16,0 17,9 19,9 20,3 21,1
2005 20,2 19,3 21,0 19,6 18,2 16,6 15,6 17,6 17,3 18,8 20,3 20,5
2006 18,9 19,8 20,9 19,7 16,5 17,2 16,8 17,2 18,5 20,6 20,5 21,4
2007 21,2 20,6 19,9 19,5 17,8 16,7 15,4 16,8 18,4 19,7 20,0 19,8
2008 19,0 20,1 19,6 18,8 16,4 16,7 16,4 17,6 18,2 19,8 **** ****
2009 **** 18,8 20,7 **** **** **** **** **** 20,1 21,6 23,1 21,6
2010 21,8 21,9 22,5 20,5 19,7 17,6 17,6 19,3 20,5 20,3 23,5 22,6
2011 21,3 19,9 21,1 21,0 19,0 18,0 17,4 18,7 19,6 20,7 22,2 21,4
2012 20,1 19,8 19,9 18,5 18,4 16,5 16,3 16,9 19,0 20,4 22,5 20,1
2013 19,3 19,7 20,9 19,6 18,0 14,6 15,5 15,5 19,0 20,5 22,1 19,6
Fuente: Senamhi (estación Luribay)
57
3.2.3 Precipitaciones
De acuerdo a datos de Senamhi de la estación meteorológica cercana a
Sapahaqui, ubicada en Luribay el promedio de precipitación anual del período
1998-2003 es de 28.2mm. Los meses en que se registran promedios más altos de
precipitación son diciembre con 85.7mm y enero con 102.5mm. y los meses con
menor precipitación son junio con 0mm y julio con 0,2mm.
TABLA 6. PRECIPITACIÓN TOTAL (1993-2013)
AÑO ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC
1993 107,5 8,9 47,4 3,4 1,0 1,7 0,0 26,8 12,5 32,8 11,2 62,1
1994 60,1 61,7 16,4 27,6 2,6 2,3 0,0 0,0 11,1 8,3 5,2 41,1
1995 69,1 35,1 35,6 7,2 0,7 0,0 1,2 10,6 10,2 0,0 5,6 85,4
1996 75,8 9,4 9,5 18,9 3,5 2,1 8,4 7,6 10,2 4,6 62,8 71,1
1997 101,0 56,7 90,4 11,3 8,8 0,0 0,0 5,0 33,1 10,8 4,8 21,4
1998 32,3 23,8 42,2 12,7 0,0 21,7 0,0 9,7 5,6 34,9 35,4 0,0
1999 57,9 70,6 127,0 2,8 0,0 0,0 7,6 0,0 38,2 7,3 8,8 42,0
2000 138,0 53,9 65,8 0,0 1,2 9,9 0,0 17,0 0,0 47,1 0,0 87,9
2001 108,6 50,8 33,4 6,0 1,0 3,9 8,5 33,8 8,8 27,3 15,2 28,8
2002 22,6 33,2 39,9 9,5 7,6 0,8 30,6 8,2 11,0 23,2 13,3 56,1
2003 54,5 66,6 18,7 12,1 0,0 0,0 0,0 5,3 13,4 3,8 7,4 66,7
2004 97,0 48,0 11,3 7,4 2,2 1,5 9,1 7,0 1,5 5,2 13,5 28,0
2005 77,4 85,2 13,5 2,2 0,0 0,0 2,9 0,0 25,2 11,4 39,0 43,2
2006 128,5 75,1 23,0 6,1 0,0 0,0 0,0 6,3 7,9 26,1 37,7 28,5
2007 66,0 87,9 29,6 2,3 3,3 14,9 0,0 0,0 12,8 6,7 39,4 63,8
2008 147,7 32,5 29,9 0,9 13,4 3,1 0,0 3,4 10,5 10,3 **** 33,0
2009 11,0 35,1 12,7 **** **** **** **** **** 0,0 0,0 43,5 49,1
2010 46,9 69,1 0,0 0,0 25,1 0,0 5,0 0,0 5,4 15,2 0,0 90,1
2011 22,0 118,0 28,2 5,1 0,0 0,0 6,4 0,0 1,2 7,0 6,6 65,6
2012 97,2 63,7 45,7 2,1 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 11,5 17,8 51,0
2013 49,5 34,2 3,8 0,0 9,5 11,0 0,0 19,4 3,1 8,5 9,2 57,7
Fuente: Senamhi (estación Luribay)
58
3.2.4 Humedad relativa
Según los promedios del último decenio, este sector muestra una humedad
relativa media de 5,8% en los meses de verano y en invierno descienden a 4,3%.
3.2.5 Relieve topográfico
El paisaje municipal presenta una topografía en un 90% accidentada, típica de los
valles cerrados y encajonados, caracterizándose por la formación de serranías
altas, con cimas semi agudas y pendientes abruptas.
La cabecera de valle Sapahaqui va de noroeste a sudeste, en su parte occidental
esta flanqueado por las serranías Mokho Pata, Jacha Usmi, Tujan de Parua y
Ayna; por el flanco oriental la serranía Khara Willknhi, Jukumari que los separa de
los valles del municipio Mecapaca al sur también destacan las serranías Vaipo,
Cruz de loma, Wila Kollu. Presentan topografía ondulada con pendientes variables
que van desde 15 a 40% en el fondo del valle.
3.2.6 Suelos
En cabecera de valle los suelos son variables con presencia de rocas con
pendientes muy pronunciadas de fuerte acción erosiva, la profundidad está
relacionada con la fisiografía por lo que varían desde suelos litosólicos de fuertes
pendientes a moderadamente profundos con permeabilidad variada.
En estos valles, los suelos se caracterizan por no poseer material parental (roca
madre), ya que los valles de esta naturaleza, vienen de consecuencia de un
retroceso de la desglaciación por tanto las laderas están rellenadas con materiales
arrastrados por factores físicos de carácter eluvial.
Los suelos se caracterizan por tener pendientes escarpadas o muy escarpadas,
siendo de colores pardos, teniendo francos arenosos a francos arcillosos con
gravas y piedras, nada o poco desarrollados y tienen una fertilidad alta, los suelos
se clasifican en el rango de neutros a suavemente alcalinos y tienen cierto
predominio de afloramientos rocosos.
59
La serranía es el pasaje dominante, generalmente la formación de los suelos es
muy escasa por la excesivas pendientes y erosión severa, el escaso suelo
presente es poco profundo, de color pardo amarillento; franco arenoso gravoso
con presencia de afloramientos rocosos.
En estudios realizados en la los valles interandinos las características físicas y
químicas más importantes corresponden a:
Capa arable con textura franca arenosa a arcillosa
Estructura en bloques angulares, finos y medios
Moderada capacidad de infiltración
Moderada capacidad de retención de humedad
Reacción química neutra (PH 6.9)
Conductividad eléctrica baja
Las características de los suelos de los huertos son moderadamente escarpados
que por su fisiografía y pendiente, la erosión es baja debido a que se encuentran
recubiertas por especies vegetales y a mayor profundidad el suelo tiene fertilidad
baja con un PH más acido que alcalino con una densidad real de 2.65 gr/cc.
3.2.7 Granulometría
Se obtuvo muestra del lecho del río, como se muestra en la figura 20, para su
estudio granulométrico, dato que será útil en el cálculo del caudal de agua sub
superficial del río y además es de utilidad para determinar la separación de las
barras que impedirán el ingreso de sedimentos de gran tamaño a la obra de toma.
60
FIGURA 20. OBTENCION DE MUESTRA
Fuente: Elaboración propia
Se procedió a realizar el ensayo de granulometría, que nos servirá para el
posterior diseño de la rejilla de la obra de toma, tomando en cuenta los tamaños
de agregados gruesos y agregados finos.
Se usó el tamiz Nº 10 para separar la fracción gruesa de la fracción fina de la
muestra. Como se muestra en la siguiente figura.
FIGURA 21. SEPARACIÓN DEL AGREGADO CON EL TAMIZ Nº10
Fuente: Elaboración propia
61
La granulometría del agregado grueso del lecho del río, nos indica el tamaño de
las partículas que existen en el río, y por lo tanto el tipo de agregado que pasará
por encima de la rejilla de la obra de toma y con estos datos se procederá al
diseño de la rejilla tanto el material, como la separación y la forma de las barras
que permitirán el paso a las partículas más pequeñas.
TABLA 7. GRANULOMETRÍA AGREGADO GRUESO
Tamiz
Peso
retenido en
gr
Retenido acumulado % Pasa
de total gr %
2" 1407 1407 17,5 82,5
1 1/2" 732 2139 26,6 73,4
1" 649 2788 34,7 65,3
3/4" 354 3142 39,1 60,9
3/8" 1689 4831 60,2 39,8
Nº4 1354 6185 77,0 23,0
Nº10 684 6869 85,5 14,5
Fuente: Elaboración propia
El agregado fino es el que ingresará a la obra de toma y posteriormente se
retendrá en el sedimentador.
TABLA 8. GRANULOMETRÍA AGREGADO FINO
Tamiz
Peso
retenido en
gr
Retenido acumulado % Pasa
de total gr %
Nº40 33 33 33,5 66,5
Nº100 22 55 55,8 44,2
Fuente: Elaboración propia
62
FIGURA 22. CURVA GRANULOMÉTRICA DEL MATERIAL DEL RÍO
Fuente: Elaboración propia
3.3 ESTUDIO HIDROLÓGICO
La cuenca del río Sapahaqui, es uno de los más importantes que engloba en su
curso a la mayoría de los orígenes de cantón Sapahaqui y Caracato. Este río tiene
su nacimiento por encima de la comunidad de Jacha Pampa y como afluentes
principales tiene las sub cuencas de Huancollo, Laca Laca, Chicoma,
Huacullomaya, Hurmiri y tiene 24000 hectáreas de área de aporte.
3.3.1 Curvas IDF (intensidad, duración, frecuencia) y PDF (precipitación,
duración, frecuencia)
Uno de los primeros pasos que debe seguirse en muchos proyectos de diseño
hidrológico, es la determinación del evento o los eventos de lluvia que deben
usarse. Para este fin se realizan las curvas IDF y PDF a periodos de retornos
establecidos para la obra a diseñar. En el caso de una obra de toma se considera
un periodo de 25 años.
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
1 10 100
Curva Granulometrica
Curva Granulometrica
63
TABLA 9. PRECIPITACIÓN MÁXIMA EN 24 HORAS
Est Luribay.
Est Luribay.
Est Luribay.
Año P24
mm Año
P24
mm Año
P24
mm
1983 14,60
1993 19,00
2004 20,00
1984 30,40
1994 22,50
2005 30,20
1985 25,30
1995 16,20
2006 27,60
1986 23,40
1996 27,60
2007 21,60
1987 18,00
1997 16,90
2008 19,70
1988 25,00
1998 14,30
2009 18,70
1989 15,00
1999 20,40
2010 45,00
1990 21,00
2000 27,60
2011 31,20
1991 26,70
2001 15,30
2012 28,30
1992 21,50
2002 18,70
2013 10,30
1993 19,00
2003 26,50
Fuente: Senamhi (estación Luribay)
Para el análisis de estos datos de precipitación se debe recurrir a la distribución de
valores extremos de Gumbel:
𝑥𝑡 = 𝜇 + 𝛼(−ln (ln𝑇
𝑇 − 1))
𝜇 = 𝑋𝑠 − 0.5772 ∗ 𝛼
𝛼 = √6 ∗𝑆
𝜋
Dónde:
𝑥𝑡= precipitación para un determinado período de retorno
64
T= periodo de retorno en años
𝜇 = Es una posición estadística conocida como la moda
𝛼 = Parámetro de escala
𝑋𝑠 =Promedios de los registros de precipitación.
S = Desviación estándar
Realizando los cálculos se obtuvo para distintos periodos de retorno:
TABLA 10. PRECIPITACIÓN MÁXIMA EN 24 HR EN FUNCIÓN DE PERIODO DE
RETORNO.
T(años) Xt (mm)
5 27,46
10 31,46
25 36,52
50 40,27
100 44,00
Fuente: Elaboración propia
Como se tiene datos de precipitaciones en 24 horas es necesario usar coeficientes
de discretización que distribuyan la precipitación que se tiene de dato en valores
que se usen para distintas duraciones de lluvia.
Los coeficientes de discretización varían según el lugar de estudio y el período de
retorno, es decir cada cuenca puede tener sus coeficientes de discretización
diferentes a los de cualquier otra cuenca, esto representa un problema a la hora
de definir los coeficientes que se van a usar en el proceso.
Las relaciones o cocientes a la lluvia de 24 horas se emplean para duraciones de
varias horas. D. F. Campos A. propone los siguientes coeficientes:
65
TABLA 11. COEFICIENTES DE DISCRETIZACIÓN DE CAMPOS
Coeficientes de discretización Pd/P24 max
T Duración (min)
60 120 180 240 300 360 480 720 1080 1440
5 0,3 0,39 0,46 0,52 0,57 0,61 0,68 0,8 0,91 1
10 0,3 0,39 0,46 0,52 0,57 0,61 0,68 0,8 0,91 1
25 0,3 0,39 0,46 0,52 0,57 0,61 0,68 0,8 0,91 1
50 0,3 0,39 0,46 0,52 0,57 0,61 0,68 0,8 0,91 1
100 0,3 0,39 0,46 0,52 0,57 0,61 0,68 0,8 0,91 1
Fuente: Campos 1978
3.3.1.1 Curva PDF
Para la curva PDF se multiplica la precipitación para un T de 25 años por los
coeficientes de discretización obteniendo como resultado:
TABLA 12. VALORES DE PRECIPITACIÓN PARA UN PERIODO DE RETORNO DE 25
AÑOS
PDF Precipitación Duración Frecuencia
T Duración (min)
60 120 180 240 300 360 480 720 1080 1440
25 10,96 14,24 16,80 18,99 20,82 22,28 24,83 29,22 33,23 36,52
Fuente: Elaboración Propia
Se puede obtener curvas PDF para varios periodos de retorno, pero las obras de
toma de agua se toma un periodo de retorno de 25 años.
Graficando con las duraciones en el eje horizontal y las precipitaciones en el eje
vertical se obtiene:
66
FIGURA 23. CURVA PDF
Fuente: Elaboración Propia
3.3.1.2 Curva IDF
Para la curva IDF se divide el valor obteniendo en la curva PDF por su
correspondiente duración, obteniendo los siguientes resultados se tienen los
resultados en unidades de intensidad (mm/hr).
Al igual que las curvas PDF se usa un periodo de 25 años.
TABLA 13. VALORES DE INTENSIDAD PARA UN PERIODO DE RETORNO DE 25
AÑOS
IDF Intensidad Duración Frecuencia
T Duración (min)
60 120 180 240 300 360 480 720 1080 1440
25 10,96 7,12 5,60 4,75 4,16 3,71 3,10 2,43 1,62 1,52
Fuente: Elaboración propia
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10001100120013001400
Precip
itaci
on
Duracion (min)
PDF (Precipitación duracion-frecuencia)
Tiempo de retorno 25
años
67
FIGURA 24. CURVA IDF
Fuente: Elaboración Propia
3.3.2 Tormenta de diseño
Para determinar la tormenta de diseño se usará una lluvia de 4 horas con un
intervalo de discretización de una hora y los datos ya obtenidos de la curva PDF.
TABLA 14. BLOQUES ALTERNOS
Duración Acumulado
Precipitación
Desacumulado.
Precipitación
Bloques
alternos
(Hrs) (mm) (mm)
1 11.068 11.07 1.26
2 14.439 3.37 1.99
3 16.869 2.43 4.80
4 18.837 1.97 11.07
5 20.52 1.68 2.81
6 22.007 1.49 1.55
7 23.347 1.34 1.07
8 24.574 1.23
Fuente: Elaboración propia
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Inte
nsi
dad
Duración (min)
IDF (Intensidad duracion-frecuencia)
Tiempo de retorno25 años
68
Al tomar una lluvia de 4 horas se debe tomar en cuenta el doble para el cálculo de
la tormenta de diseño es decir 8 horas.
Con estas consideraciones se grafica el hietograma de diseño, colocando el
acumulado de precipitación máximo a la duración de tormenta ya determinado, en
este caso 4 horas.
FIGURA 25. HIETOGRAMA
Fuente: Elaboración propia
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
1 2 3 4 5 6 7 8
Duración (Hrs)
Hietograma
69
3.4 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN TOPOGRÁFICA DEL LUGAR
3.4.1 Topografía para el estudio hidrológico.
La topografía de la cuenca del río Sapahaqui, determina varias variantes para el
cálculo del caudal máximo del río, como son:
La pendiente del cauce más largo del río, hasta el punto de la realización de
la obra de toma.
La trayectoria que recorre el río hasta el lugar de la toma.
Las pendientes y áreas de las zonas que aportan con escurrimiento al
caudal del río.
La topografía de la cuenca se puede revisar en anexos.
3.4.2 Topografía en el lugar de la obra de toma
Se requiere la topografía detallada del lugar donde se prevé obtener la toma,
considerando que la toma tiene que estar en un lugar de pendiente relativamente
baja, para que el agua entre en un régimen laminar a la obra de toma y así evitar
la construcción de una estructura para bajar la velocidad del agua antes de
ingresar a la toma.
Por otro lado, la toma no abarcara el ancho total del río y por ende se requiere la
topografía para determinar la pendiente transversal del río, es decir hacia qué lado
del río se dirigirá el agua cuando se encuentre en época de estiaje.
3.5 CLASIFICACIÓN DE FLUJOS
Puede presentarse tres tipos de flujo entre el río y la solera de la reja.
3.5.1 Sub crítico antes y después de la rejilla
Se produce este caso, cuando se acumula el material de acarreo inmediatamente
después de la reja produciendo un resalto hidráulico sobre esta.
70
FIGURA 26. CONDICIONES DE FLUJO
Fuente: Palenque Espada, 1991.
3.5.2 Sub critico antes y súper critico después de la rejilla
Con pendiente suave en el lecho del río, el flujo es sub crítico, pero a lo largo de
toda la reja tiene un flujo supercrítico.
FIGURA 27. CONDICIONES DE FLUJO
Fuente: Palenque Espada, 1991.
3.5.3 Súper critico antes y después de la rejilla
Debido a la fuerte pendiente del lecho del río, el flujo será supercrítico a lo largo de
toda la reja también descendiendo como flujo supercrítico.
71
FIGURA 28. CONDICIONES DE FLUJO
Fuente: Palenque Espada, 1991
Debido a que la pendiente del río en el lugar de la toma no es pronunciada el flujo
será sub crítico tanto antes del ingreso a la toma como posterior al ingreso de la
toma.
3.6 CAUDAL DE DISEÑO
3.6.1 Caudal máximo del río
Para el cálculo del caudal de diseño de la obra de toma, es de vital importancia
conocer el caudal máximo que se puede dar en el río, específicamente en el lugar
donde se planea realizar la obra de toma.
Para el cálculo del caudal máximo se usó el método racional, para el cual se
realizó el mapa de coberturas de la cuenca, hasta el punto donde se construirá la
obra de toma.
La fórmula para el método racional, ya especificada en el marco teórico es:
𝑄 = 0.278 ∗ 𝐶 ∗ 𝑖 ∗ 𝐴
72
3.6.1.1 Coeficiente de escurrimiento
Para la determinación de los coeficientes de escorrentía se recurrió a la siguiente
tabla:
TABLA 15. COEFICIENTES DE ESCORRENTÍA.
Cobertura Tipo de suelo Pendiente %
>50 20-50 5-20 1-5 0-1
Sin vegetación
Impermeable 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6
Semipermeable 0,7 0,65 0,6 0,55 0,5
Permeable 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3
Cultivos
Impermeable 0,7 0,65 0,6 0,55 0,5
Semipermeable 0,6 0,55 0,5 0,45 0,4
Permeable 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2
Pastos
vegetación
ligera
Impermeable 0,65 0,6 0,55 0,5 0,45
Semipermeable 0,55 0,5 0,45 0,4 0,35
Permeable 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15
Vegetación
media
Impermeable 0,6 0,55 0,5 0,45 0,4
Semipermeable 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3
Permeable 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1
Bosque vegetación
densa
Impermeable 0,55 0,5 0,45 0,4 0,35
Semipermeable 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25
Permeable 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05
Fuente: Benítez 1980
La cuenca tiene diferentes coberturas y diferentes pendientes, lo cual nos indica
que para contar con el coeficiente de escorrentía “C” es necesario realizar un
ponderado y de esa forma obtener un único coeficiente para toda la cuenca.
En el mapa de coberturas presentado en los anexos, se puede observar la división
de las diferentes capas y por ende los diferentes coeficientes de escorrentía y se
calcula un coeficiente de toda la cuenca realizando el ponderado de las áreas y
sus respectivos coeficientes como se muestra en la siguiente tabla:
73
TABLA 16. CALCULO DEL COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO PONDERADO DE LA
CUENCA
Sector Descripción Área(km2) C A*C
1 Vegetación ligera per 20-50 0,23 0,5 0,115
2 Vegetación ligera per 20-50 0,43 0,5 0,215
3 Vegetación ligera per 20-50 0,17 0,5 0,085
4 Vegetación ligera per 20-50 1,89 0,5 0,945
5 Sin vegetación per 5-20 0,94 0,4 0,376
6 Sin vegetación per 5-20 1,03 0,4 0,412
7 Sin vegetación per 5-20 0,44 0,4 0,176
8 Sin vegetación per 5-20 0,66 0,4 0,264
9 Sin vegetación s/per 20-50 0,21 0,5 0,105
10 Sin vegetación s/per 5-20 0,74 0,4 0,296
11 Sin vegetación pendiente 1 1,43 0,3 0,429
12 Veg media pend mayor a 50% 1 0,5 0,5
13 Sin vegetación s/per 5-20 0,73 0,65 0,4745
14 Veg media pend mayor a 50% 1,6 0,5 0,8
15 Veg media pend mayor a 50% 3,52 0,5 1,76
16 Veg media pend mayor a 50% 3,87 0,5 1,935
17 Sin veg s/per 20-50 2,93 0,5 1,465
18 Lecho de río 0,6 0,9 0,54
19 Sin vegetación s/per 5-20 3,87 0,4 1,548
20 Sin vegetación pendiente 1 2,34 0,3 0,702
21 Sin vegetación pendiente 1 1,56 0,3 0,468
22 Sin vegetación s/per 20-50 3,89 0,5 1,945
23 Lecho de rio 0,58 0,9 0,522
24 Veg media pend mayor a 50% 5,12 0,5 2,56
25 Sin vegetación pendiente 1 3,79 0,3 1,137
26 Veg media pend mayor a 50% 1,41 0,5 0,705
27 Sin vegetación s/per 20-50 3,87 0,5 1,935
28 Sin vegetación s/per 20-50 0,45 0,5 0,225
74
Sector Descripción Área(km2) C A*C
29 Sin vegetación s/per 5-20 2,85 0,4 1,14
30 Sin vegetación s/per 20-50 0,67 0,5 0,335
31 Lecho de rio 0,43 0,9 0,387
32 Veg media pend mayor a 50% 2,7 0,5 1,35
33 Lecho de rio 0,41 0,9 0,369
34 Sin vegetación s/per 20-50 0,79 0,5 0,395
35 Cultivos 0,13 0,25 0,0325
36 Cultivos 0,12 0,25 0,03
37 Lecho de rio 0,14 0,9 0,126
38 Cultivos 0,15 0,25 0,0375
39 Sin vegetación s/per 5-20 0,49 0,4 0,196
40 Cultivos 0,136 0,25 0,034
Fuente: Elaboración propia
El área de la cuenca del río Sapahaqui, que aporta hasta el punto donde se
construirá la obra de toma es de 58 km2.
Con los datos de la tabla y el valor del área total de aporte se puede calcular el
coeficiente de escurrimiento para toda el área de aporte.
C =∑ Ci ∗ Ai
ATotal
C = 0.46
Que es el coeficiente ponderado que se usará en la formula racional.
3.6.1.2 Intensidad
El primer paso para conocer la intensidad a emplear en la formula racional, es
conocer el tiempo de concentración de la cuenca, que se define como el tiempo
75
que tarda una partícula de agua caída en el punto más alejado hidráulicamente de
la cuenca a la salida del desagüe.
Se debe tener en cuenta que el tiempo de concentración de una cuenca no es
constante, aunque dependa muy ligeramente de la precipitación y la intensidad.
Existen varios autores que dan ecuaciones empíricas para el cálculo del tiempo de
concentración, se deberá contar con datos del cauce más largo y de la pendiente
promedio del cauce más largo.
tc = 0.000325 ∗L0.77
S0.385
Donde L es la longitud del cauce más largo expresado en m y S es la pendiente
media del mismo cauce.
L = 14700 m
Teniendo en cuenta la diferencia de cotas en el inicio del cauce y la cota en el
lugar de la toma se tiene una pendiente del cauce de:
S = 0.07
Reemplazando los valores se tiene un tiempo de concentración de:
tc = 88 min
Ingresando a la curva IDF (Figura Nº 21) con el tiempo de concentración
calculado, se obtiene la intensidad requerida para el cálculo.
i = 8.8 mm/hr
Teniendo todos los parámetros para calcular el caudal máximo del río, se
reemplazan los datos en la formula racional obteniendo:
76
Q = 0.278 ∗ 0.46 ∗ 8.8 ∗ 58
Q = 66.35m3
s
El tirante que el caudal máximo genera en el lugar de la obra es:
𝐻 = (𝑄
𝐶 ∗ 𝐿)
23
Donde C es un factor que depende de la gravedad y es igual a 1,7 y el ancho del
río, en el lugar de la toma es 70 metros, se calcula el tirante
𝐻 = (66.35
1.7 ∗ 70)
23
𝐻 = 0.67𝑚
3.7 DISEÑO HIDRÁULICO DE LA TOMA TIPO CÁUCASO
3.7.1 Muros de encauce
Mediante el tirante del caudal máximo calculado se diseñaran los muros de
encauce que a la vez será de protección para las obras aledañas al curso del río,
además se tomará en cuenta una altura de revancha como factor de seguridad
para el caso de emergencias.
Y afectando el tirante por un coeficiente de seguridad a manera de bordo libre:
𝐻 = 0.67 ∗ 1.5 ≅ 1,00𝑚
El material a emplearse en la construcción de los muros es el Hormigón Ciclópeo,
se sabe que los suelos son de naturaleza arenosa y gravosa.
Los datos a emplearse en el cálculo de los muros son los siguientes:
77
𝑤 = 1000kg
𝑚3
𝑠 = 1700kg
𝑚3
Angulo de friccion interna = 35º
Cohesión= 0
Base menor=0.8m (asumido)
Base mayor = 1.2 m (asumido)
Procediendo con el cálculo se tendrá el empuje pasivo del suelo gravoso, el muro
de contención estará a una profundidad de 0.6 m en el suelo, esta profundidad es
la que produce un empuje pasivo del suelo al muro, que tendrá una magnitud de:
𝐸𝑝 =1
2∗ 1700 ∗ 0. 62 ∗ tan (45 +
35
2) => 𝐸𝑝 = 587.8𝑘𝑔/𝑚
Para la comprobación al volcamiento, se adopta una base de la toma de 6 metros
que se repartirán en 2 muros, es por esto que la base de cálculo del área del río
será de 2,5 metros.
𝐹𝑆 𝑉𝑜𝑙𝑐𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =𝑀𝑟
𝑀𝑉=
2300 ∗ 0.8 ∗ 1.6 ∗ 0.6 + 2300 ∗ 1.6 ∗ 0.2 ∗ 0.5 ∗23 ∗ 0.2 + 587.8 ∗
0.23
12 ∗ 1.62 ∗ 1000 ∗
1.63
= 2.71
2.71 > 2 𝑂𝐾
Comprobando al deslizamiento:
𝜇 = 𝑡𝑎𝑛35 = 0.7
𝐹𝑆 𝐷𝑒𝑠𝑙𝑖𝑧𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =𝑀𝑟
𝑀𝑉=
(2300 ∗ 0.8 ∗ 1.6 + 2300 ∗ 1.6 ∗ 0.2 ∗ 0.5) ∗ 0.7 + 587.7
12 ∗ 1.62 ∗ 1000
= 2.2
2.2 > 1.8 𝑂𝐾
78
Las dimensiones asumidas cumplen las verificaciones geotécnicas por lo cual los
muros han sido diseñados adecuadamente.
La longitud de los muros será de 9 m, longitud suficiente para que el flujo sea
uniforme y estable.
3.7.2 Caudal de diseño
El caudal requerido se calculó a partir de la determinación de un caudal unitario,
es decir de un caudal promedio requerido para un metro cuadrado de riego de
cultivo.
El caudal promedio que requiere un metro cuadrado de cultivo en la comunidad de
Sapahaqui es:
q= 0,0000220 m3/seg
Sumando las áreas de los terrenos destinados al cultivo, valores obtenidos con la
ayuda de Google earth se tiene un área de riego total de:
Área= 42553,283 m2
Al multiplicar el valor del caudal unitario por el área que se planea regar se obtiene
el caudal requerido para riego.
Q= 0,938 m3/s
El caudal de diseño de la obra de toma es calculado en la situación más adversa
posible, es decir para una plantación que requiere que su uso consuntivo se
provisto al 100% por riego.
79
3.7.3 Flujo a través de las rejillas
El dimensionamiento de la rejilla se basa en la formula general de vertederos,
cuyos coeficientes varían en función de la forma de la rejilla, separación entre
barras, pérdidas de carga, régimen del flujo de llegada y caudal de diseño.
Aplicando la formula definida en el marco teórico se procederá a calcular el caudal
que entra por la rejilla de la obra de toma tipo Cáucaso.
𝑄 =2
3∗ 𝑐 ∗ 𝜇 ∗ 𝐵 ∗ 𝐿 ∗ √2𝑔ℎ
Se realiza los siguientes cálculos para reemplazar en la fórmula con las barras
rectangulares. Que se muestran en la figura 29.
FIGURA 29. BARRAS RECTANGULARES
Fuente: PROAGRO/GTZ 2010
Por lo tanto el coeficiente “c” para barras rectangulares es:
𝑐 = 0.6 ∗𝑎
𝑏∗ (𝑐𝑜𝑠𝛽)
32
Asumiendo valores para:
𝑎 = 0.02𝑚
𝑏 = 0.03𝑚
80
β = 0.03𝑚
Reemplazando los valores se obtiene:
𝐶 = 0.32
El coeficiente μ para barras rectangulares es:
𝜇 = 0.66(𝑎
𝑏)−0.16 ∗ (
𝑏
𝑎)0.13
Y reemplazando valores se tiene que el coeficiente:
μ= 0,74
Se asumirá una Base de la obra de toma para garantizar el ingreso del caudal
necesario y no generar un tirante muy elevado.
B = 6 m
hcrit = √Q
g∗B2
3
Reemplazando los valores del caudal de diseño la gravedad y la base asumida se
tiene un tirante:
Hcr= 0,136 m
La profundidad del agua en el borde superior de la rejilla, cuando el ángulo β es
mayor o igual a 30º, requiere de un factor de corrección kc, el cual se calcula con la
siguiente formula:
kc = 0.88 cos(β)
Reemplazando el valor de β = 30º se tiene que el factor kc es igual a:
Kc = 0.762
81
La profundidad del agua en el borde superior de la rejilla se obtiene multiplicando
kc con el hcrit:
h = kc ∗ hcrit
Obteniendo un valor de:
h = 0.103m
La longitud de las barras de la obra de toma viene dada por la fórmula:
L =3Q
2 ∗ c ∗ μ ∗ B ∗ √2gh
Y reemplazando se tiene que el largo de las barras de la obra de toma será de
0.68m valor que debe ser incrementado en un 20% para evitar posibles
obstrucciones, entonces el largo de las barras será:
L = 0.8m
Cumpliendo como condición que la proyección horizontal de la rejilla debe ser
menor a 1,2m.
Lhorizontal = L ∗ Cos 30
Lhorizontal = 0.7m < 1.2m OK
Se toma en cuenta que en época de estiaje se requiere captar toda el agua del
cauce del río.
Ya se tienen todos los valores para calcular el caudal que va a ingresar a la obra
de toma por las rejillas, tomando en cuenta que este caudal debe satisfacer la
necesidad de agua de riego de la comunidad:
Q =2
3∗ c ∗ μ ∗ B ∗ L ∗ √2gh
82
Q = 1.09 𝑚3
𝑠
Caudal que satisface el requerimiento de agua para riego de la comunidad y al
cual se le sumará el caudal aportado por el agua sub superficial.
3.7.4 Flujo sub superficial
El flujo sub superficial, en un estado laminar cumple con la ley de Darcy:
Q = k (dH
dL) ∗ A
Un flujo está en estado laminar su número de Reynolds es menor o igual a 1.
Re = δ ∗ vs ∗D
μ
Definido el suelo del lecho del río como una arena se tiene el siguiente cuadro
para definir la velocidad de infiltración.
TABLA 17. VELOCIDAD DE INFILTRACIÓN.
VELOCIDAD DE
INFILTRACIÓN
Muy
arenoso
20-25 mm/h
Arenoso 15-20 mm/h
Limo-
arenoso
10-15 mm/h
Limo-
arcilloso
8-10 mm/h
Arcilloso < 8 mm/h
Fuente: Espinoza, 2004.
83
Entonces, la velocidad de infiltración es 20 mm/hr.
Transformando la velocidad se tendrá una velocidad de 0.00056 cm/s.
Se tiene un diámetro de partículas representativo de 2cm y con la densidad de
1gr/cm3.
La viscosidad cinemática se obtendrá asumiendo la temperatura del agua a 10ºC.
μ = 0.01003 gr/cm ∗ s
Reemplazando todos los valores a la formula se obtiene un número de Reynolds
de:
Re = 0.11077887
Este número adimensional es menor a 1, lo que indica que el flujo es laminar y por
lo tanto se cumple la ley de Darcy para el flujo sub superficial.
TABLA 18. COEFICIENTE K
Tipo de suelo Conductividad
hidráulica cm/s
Grava limpia 1-100
Arenas y grava
mezclada 0,01-10
Arena gruesa limpia 0,01-1
Arena fina 0,01-0,1
Arena limosa 0,001-0,01
Arena arcillosa 0,0001-0,01
Limo 0,00000001-0,01
Arcilla 10E-10 - 10E-6
Fuente: Coduto, 1999
84
Se puede observar claramente que mientras el valor de la conductividad hidráulica
“K” crezca el flujo sub superficial aportará un caudal mayor a la obra de toma.
Se asumirá un valor de K= 10cm/seg de arenas y gravas mezcladas.
Los estudios de Palenque Espada, 1991, muestran una relación entre el
coeficiente de conductividad hidráulica, la velocidad de infiltración, y el gradiente
hidráulico representado por la siguiente gráfica:
FIGURA 30. CURVA ESQUEMÁTICA DE RESULTADOS EXPERIMENTALES
DE LA RELACIÓN ENTRE EL GRADIENTE HIDRÁULICO Y LA VELOCIDAD
DE FILTRACIÓN
Fuente: Palenque Espada, 1991
85
Entrando a la gráfica con la Velocidad de infiltración, interceptando la recta, del
valor de Reynolds y proyectando a la vertical se obtendrá un gradiente hidráulico
teórico para el lecho de río.
TABLA 19: VARIACIÓN GRADIENTE HIDRÁULICO EN FUNCIÓN A K
K(cm/s) α 1/k i Q(lt/seg)
0,01 89,427 100,000 0,0000005 0,004
0,1 84,289 10,000 0,000005 0,036
0,2 78,690 5,000 0,00001 0,072
0,3 73,301 3,333 0,000015 0,108
0,4 68,199 2,500 0,00002 0,144
0,5 63,435 2,000 0,000025 0,180
0,6 59,036 1,667 0,00003 0,216
0,7 55,008 1,429 0,000035 0,252
0,8 51,340 1,250 0,00004 0,288
0,9 48,013 1,111 0,000045 0,324
1,0 45,000 1,000 0,00005 0,360
1,1 42,274 0,909 0,000055 0,396
1,2 39,806 0,833 0,00006 0,432
1,3 37,569 0,769 0,000065 0,468
1,4 35,538 0,714 0,00007 0,504
1,5 33,690 0,667 0,000075 0,540
1,6 32,005 0,625 0,00008 0,576
1,7 30,466 0,588 0,000085 0,612
1,8 29,055 0,556 0,00009 0,648
1,9 27,759 0,526 0,000095 0,684
2,0 26,565 0,500 0,0001 0,720
2,1 25,463 0,476 0,000105 0,756
2,2 24,444 0,455 0,00011 0,792
86
K(cm/s) α 1/k i Q(lt/seg)
2,3 23,499 0,435 0,000115 0,828
2,4 22,620 0,417 0,00012 0,864
2,5 21,801 0,400 0,000125 0,900
2,6 21,038 0,385 0,00013 0,936
2,7 20,323 0,370 0,000135 0,972
2,8 19,654 0,357 0,00014 1,008
2,9 19,026 0,345 0,000145 1,044
3,0 18,435 0,333 0,00015 1,080
3,1 17,879 0,323 0,000155 1,116
3,2 17,354 0,313 0,00016 1,152
3,3 16,858 0,303 0,000165 1,188
3,4 16,390 0,294 0,00017 1,224
3,5 15,945 0,286 0,000175 1,260
3,6 15,524 0,278 0,00018 1,296
3,7 15,124 0,270 0,000185 1,332
3,8 14,744 0,263 0,00019 1,368
3,9 14,381 0,256 0,000195 1,404
4,0 14,036 0,250 0,0002 1,440
4,1 13,707 0,244 0,000205 1,476
4,2 13,393 0,238 0,00021 1,512
4,3 13,092 0,233 0,000215 1,548
4,4 12,804 0,227 0,00022 1,584
4,5 12,529 0,222 0,000225 1,620
4,6 12,265 0,217 0,00023 1,656
4,7 12,011 0,213 0,000235 1,692
4,8 11,768 0,208 0,00024 1,728
4,9 11,535 0,204 0,000245 1,764
87
K(cm/s) α 1/k i Q(lt/seg)
5,0 11,310 0,200 0,00025 1,800
5,0 11,310 0,200 0,00025 1,8
5,1 11,094 0,196 0,000255 1,836
5,2 10,886 0,192 0,00026 1,872
5,3 10,685 0,189 0,000265 1,908
5,4 10,491 0,185 0,00027 1,944
5,5 10,305 0,182 0,000275 1,98
5,6 10,125 0,179 0,00028 2,016
5,7 9,951 0,175 0,000285 2,052
5,8 9,782 0,172 0,00029 2,088
5,9 9,620 0,169 0,000295 2,124
6,0 9,462 0,167 0,0003 2,16
6,1 9,310 0,164 0,000305 2,196
6,2 9,162 0,161 0,00031 2,232
6,3 9,019 0,159 0,000315 2,268
6,4 8,881 0,156 0,00032 2,304
6,5 8,746 0,154 0,000325 2,34
6,6 8,616 0,152 0,00033 2,376
6,7 8,489 0,149 0,000335 2,412
6,8 8,366 0,147 0,00034 2,448
6,9 8,246 0,145 0,000345 2,484
7,0 8,130 0,143 0,00035 2,52
7,1 8,017 0,141 0,000355 2,556
7,2 7,907 0,139 0,00036 2,592
7,3 7,800 0,137 0,000365 2,628
7,4 7,696 0,135 0,00037 2,664
7,5 7,595 0,133 0,000375 2,7
88
K(cm/s) α 1/k i Q(lt/seg)
7,6 7,496 0,132 0,00038 2,736
7,7 7,400 0,130 0,000385 2,772
7,8 7,306 0,128 0,00039 2,808
7,9 7,214 0,127 0,000395 2,844
8,0 7,125 0,125 0,0004 2,88
8,1 7,038 0,123 0,000405 2,916
8,2 6,953 0,122 0,00041 2,952
8,3 6,870 0,120 0,000415 2,988
8,4 6,789 0,119 0,00042 3,024
8,5 6,710 0,118 0,000425 3,06
8,6 6,633 0,116 0,00043 3,096
8,7 6,557 0,115 0,000435 3,132
8,8 6,483 0,114 0,00044 3,168
8,9 6,411 0,112 0,000445 3,204
9,0 6,340 0,111 0,00045 3,24
9,1 6,271 0,110 0,000455 3,276
9,2 6,203 0,109 0,00046 3,312
9,3 6,137 0,108 0,000465 3,348
9,4 6,072 0,106 0,00047 3,384
9,5 6,009 0,105 0,000475 3,42
9,6 5,947 0,104 0,00048 3,456
9,7 5,886 0,103 0,000485 3,492
9,8 5,826 0,102 0,00049 3,528
9,9 5,768 0,101 0,000495 3,564
10,0 5,711 0,100 0,0005 3,6
Fuente: Elaboración Propia
89
Para el cálculo del caudal sub superficial se toma en cuenta el área de la cara que
se encuentra contra el flujo que es 7.8m2.
3.7.4.1 Diseño del filtro
El diseño del filtro requiere el análisis granulométrico del lecho del río y debe
cumplir con las siguientes condiciones:
a) La relación de erosión interna:
𝑑𝐹15
𝑑𝑅85< 5
Que tiene por objetivo evitar que las partículas finas del material del río sean
arrastradas a través del material filtrante.
b) La relación de permeabilidad:
𝑑𝐹15
𝑑𝑅15> 5
Que asegurar que el material filtrante sea lo suficientemente permeable para que
el agua atraviese a través del material.
Dónde:
𝑑𝐹15= Tamaño del 15% del material filtrante.
𝑑𝑅85= Tamaño del 85% del material del río
𝑑𝑅15= Tamaño del 15% del material del río.
Por tamaño del 15% se entiende el tamaño de partícula correspondiente al 15%
en la curva granulométrica y análogamente el tamaño 85%.
Un solo tamaño de material filtrante no cumplirá ambas condiciones es por eso
que se diseña el filtro en varias capas.
90
Para el material filtrante que se usará se determinó 4 capas y determinando los
tamaños y los porcentajes del material filtrante.
TABLA 20. GRANULOMETRÍA MATERIAL FILTRANTE
Tamaño
agregado
(mm)
% Espesor
(cm)
75 5 50
37,5 15 30
25 30 30
18,75 50 20
Fuente: Elaboración Propia
Para determinar los valores del 15% del material filtrante se grafica la curva
granulométrica del material filtrante:
FIGURA 31: CURVA GRANULOMÉTRICA MATERIAL FILTRANTE.
Fuente: Elaboración Propia
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 10 100
Granulometria filtro
Granulometria filtro
91
De la curva granulométrica del filtro y de la curva granulométrica del material del
río se obtienen los valores del tamaño del 15% del material filtrante y los valores
del tamaño del 15% y 85% del material del río.
𝑑𝐹15 = 21𝑚𝑚
𝑑𝑅15 = 2𝑚𝑚
𝑑𝑅85 = 50𝑚𝑚
Verificando las condiciones:
dF15
dR85=
21
50= 0.42 < 5 ok
dF15
dR15=
21
2= 10.5 > 5 ok
Mostrando que el material filtrante es adecuado para el paso del agua, en relación
con el material del río.
3.7.5 Flujo en la cámara de captación.
Una vez el flujo, ha superado la rejilla y además a ingresado por el filtro continua
su trayectoria hacia un canal que se constituye en una cámara de captación.
La sección del canal se determinará con la fórmula de Manning:
Q =1
n∗ A ∗ Rh
23 ∗ S
12
n (coeficiente de Manning)= 0.025 debido que el material a emplear será hormigón
Ciclópeo
Se asumirá una pendiente del 3% valor para evitar la sedimentación de material
en la base del canal.
92
Los valores del área y el radio hidráulico dependen del nivel del agua en el canal,
y requieren de un proceso iterativo para su cálculo, verificando que nivel de agua
cumple con el caudal requerido.
Se considera que la base del canal es:
B = L ∗ cosβ
Siendo L la longitud de la rejilla, calculada anteriormente y proyectándola
horizontalmente multiplicando ese valor por el coseno del ángulo de inclinación de
la rejilla.
B = 0.7m
Teniendo el dato del caudal que se va captar y la base se pueden asumir valores
del tirante “y” y con la fórmula de Manning calcular los caudales que cada tirante
obtiene y se elige el tirante que proporcione el caudal más cercano al caudal
requerido y que sea viable constructivamente.
El área de una sección rectangular es la siguiente:
A = B ∗ y
El radio hidráulico es:
Rh =B ∗ y
B + 2 ∗ y
Iterando el tirante, como se muestra en la tabla 20, se obtiene aquel que pueda
transportar el caudal requerido.
93
TABLA 21. VARIACIÓN DEL CAUDAL CON TIRANTES ASUMIDOS.
y
(m) A(m2) Rh Q(m3/s)
0,1 0,07 0,08 0,08836678
0,15 0,105 0,11 0,16190843
0,2 0,14 0,13 0,24541752
0,25 0,175 0,15 0,33591536
0,3 0,21 0,16 0,4315428
0,35 0,245 0,18 0,53106221
0,4 0,28 0,19 0,63361167
0,45 0,315 0,2 0,73856981
0,5 0,35 0,21 0,84547625
0,55 0,385 0,21 0,95398197
0,6 0,42 0,22 1,06381727
0,65 0,455 0,23 1,17477028
Fuente: Elaboración propia
La altura total del canal se halla aumentando el valor del tirante en un 25%. Es
decir:
H = 1.25 ∗ y
H = 1.25 ∗ 0.65
Resultando el valor de la altura de la sección del canal 0.82m
3.8 DISEÑO DEL DES-ARENADOR
El desarenador tiene la función de retener el material sólido que logre ingresar a
través de las rejillas a la cámara de captación.
94
Para pasar del canal colector al desarenador es necesario el diseño de un canal
de transición para bajar la velocidad del agua el ingreso a la cámara de
sedimentación.
3.8.1 Canal de transición
Para el cálculo de la sección del canal de transición se requiere de factores para
minorar y realizar el dimensionamiento, según Yernell, 1966, para una transición
redondeada se tiene los siguientes factores:
ɛ = 0.19
k = 0.8
Otro factor que es importante en el cálculo es el número de Froude:
Fr2 =Q2
g ∗ b ∗ h3
Reemplazando los valores ya definidos de caudal, base del canal y tirante del
canal se obtiene:
fr = 0.95
La base de salida del canal de transición se calcula con la fórmula:
𝑏𝑐 =2,275
√𝑔∗
𝑄
ℎ𝑜32
Se tiene en cuenta la altura total del canal colector ho, reemplazando los valores se
obtiene el valor de la base mayor del canal de transición:
bc= 1,1 m
95
Para el cálculo del tirante crítico en la transición se calcula el caudal unitario con
Bc.
q =Q
bc
q = 0.99122m3
s
hcrit = √q2
g
3
Reemplazando los valores se obtiene el tirante crítico antes de ingresar al canal
de transición:
𝐻𝑐𝑟𝑖𝑡 = 0.46
3.8.2 Dimensionamiento del desarenador
Los desarenadores son estructuras hidráulicas que sirven para decantar el
material solido no deseable que lleva el agua de un canal. Ese material sólido no
deseable en un sistema de riego porque a partir de ciertas cantidades y tamaños
de partículas en suspensión.
Los factores en tener en cuenta en el análisis y el diseño de un desarenador son
los siguientes:
Temperatura del agua 10 ºC
Viscosidad del agua 0,0131 cm2/s
Tamaño de las partículas de arena a
remover
2 mm
Velocidad de sedimentación de la
partícula
0,9954 cm/s
96
La cantidad de material en suspensión es expresada por la concentración de
partículas en suspensión C (kilogramos de materia en suspensión por metro
cúbico de agua). En general, las concentraciones de materias en suspensión en
ríos de montañas son de 2 a 10 kg/m3. Con el diámetro de las partículas D se
calcula y un factor “a” se calcula la velocidad de escurrimiento:
Ya que el tamaño de la partícula es mayor a 1mm se tiene un factor a = 36
𝑣𝑒 = 𝑎√𝐷
ve= 50,91 cm/seg
Se toma la base de la cámara de transición que es:
b= 1,1 m
La altura de la cámara de sedimentación está dada por 1,2 veces la base
resultando:
h= 1,3 m
Se calcula el tiempo de retención. El tiempo que demorará la partícula en caer
desde la superficie al fondo (el caso extremo) será:
𝑇 (𝑠𝑒𝑔)𝑠 =𝐻
𝑉𝑠
T = 8,50 seg
La longitud mínima de la cámara debe ser:
Lmin= 5,4 m
97
CAPITULO IV: COSTOS
4.1 CÓMPUTOS MÉTRICOS
ÍTEM
D E S C R I P C I O N UNI
. CANT
.
D I M E N S I O N E S Comp. Comp
.
Modulo 1: Obra de toma LARG
O ANCH
O ALT
O ÁRE
A VOL
PARCIAL
TOTAL
1.1 Desvio tipo A de madera ríos principales
ML
10,0
10,00
1.2 Replanteo de la obra de toma M2 1,0
13,8 13,80
2,3 6,0
13,8
1.3 Excavación lecho del rio (0-1M/ con agotamiento)
M3
21,42
Muros de encauce
1,0 9,0 1,2 0,6
6,5 6,5
Cámara de captación
1,0 6,0 0,7 1,7
7,1 7,1
Excavación para material filtrante
1,0 6,0 1,3 1,0
7,8 7,8
1.4 Excavación manual 0-2m sin agotamiento terreno semiduro
M3
3,24
Cámara de transición
1,0
1,0 3,2 3,2 3,2
1.5
Hormigón Ciclópeo (50% piedra desplazada) Dosif 1:3:4 + acelerador de fraguado exento de cloruro
M3 1,0
30,74
Fundación (muro de encauce)
1,0 9,0 1,2 0,4
4,3 4,3
Muro de encauce
1,0 9,0
1,6
14,4
14,4
Canal de trayectoria circular (paredes)
2,0 5,3 0,2 0,8
0,6 1,3
Canal de trayectoria circular (solera)
1,0 5,3 1,0 0,2
0,8 0,8
Canal de transición (paredes)
2,0 0,9 0,15 1,3
0,2 0,4
Canal de transición (solera)
1,0
0,2 0,8 0,2 0,2
Cámara de captación
1,0 6,0
1,6 9,4 9,4
1.6 Tapa metálica para cámara de inspección
Pza
2,00
1.7 Colocado del filtro (material granular)
M3 1,0
8,84
1,3 6,8 1,0
8,8
98
1.8 Rejilla cámara de captación Pza 200
200
Modulo 2: Desarenador
2.1 Replanteo del desarenador M2
7,28
1,0 5,6 1,3
7,3
2.2 Excavación manual 0-2m sin agotamiento terreno semiduro
M3 1,0
12,38
5,6 1,3 1,7
12,4
12,4
2.3
Hormigón Ciclópeo (50% piedra desplazada) Dosif 1:3:4 + acelerador de fraguado exento de cloruro
M3 1,0
9,50
Paredes
2,0 5,4 0,2 1,7
3,7
Solera
1,0 5,4 2,7 0,4
5,8
Total HºCº (obra de toma + desarenador)
40,24
2.5 Revoque impermeable enlucido de cemento
M2
19,98
Paredes
2,0
5,4 1,3
14,0
Solera
1,0
5,4 1,1
5,9
99
4.2 ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS
Proyecto : Diseño de una toma tipo Cáucaso aplicada a riego, caso Sapahaqui.
Actividad : Desvio tipo A de madera ríos principales
Unidad : ML
Moneda : Bolivianos
1. MATERIALES
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
Alquitrán kg 2,5 22 55
Clavos kg 0,5 12,9 6,45
Madera para construcción P2 6,67 9,75 65,0325
Puntal Pza 2 13 26
TOTAL MATERIALES 152,48
2. MANO DE OBRA
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
1 Peon hr 3 12,12 36,36
2 Albañil de primera ht 3 16,58 49,74
SUBTOTAL MANO DE OBRA 86,1
CARGAS SOCIALES = (% DEL SUBTOTAL DE MANO DE OBRA) 79 68,35
TOTAL MANO DE OBRA 154,45
3. EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS
* HERRAMIENTAS = (% DEL TOTAL DE MANO DE OBRA) 6,00 7,72
TOTAL EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS 7,72
4. GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS COSTO TOTAL
5,00 GASTOS GENERALES = % DE 1 + 2 + 3 15,73
TOTAL GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS 15,73
5. UTILIDAD COSTO TOTAL
7,00 UTILIDAD = % DE 1 + 2 + 3 + 4 23,13
TOTAL UTILIDAD 23,13
6. IMPUESTOS COSTO TOTAL
IMPUESTOS IVA MANO DE OBRA (%mano de obra) 14,94 23,08
IMPUESTOS IT = % DE 1 + 2 + 3 + 4 + 5 3,09 10,92
TOTAL IMPUESTOS 34,00
TOTAL PRECIO UNITARIO (1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6) 387,520
TOTAL PRECIO UNITARIO ADOPTADO (Con dos (2) decimales) 387.52
100
Proyecto : Diseño de una toma tipo Cáucaso aplicada a riego, caso Sapahaqui.
Actividad : Replanteo de la obra de toma
Unidad : m2
Moneda : Bolivianos
1. MATERIALES
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
TOTAL MATERIALES 0
2. MANO DE OBRA
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
1 Peón hr 0,1 12 1,2
2 Topógrafo ht 0,1 25 2,5
SUBTOTAL MANO DE OBRA 3,7
CARGAS SOCIALES = (% DEL SUBTOTAL DE MANO DE OBRA) 79 2,94
TOTAL MANO DE OBRA 6,64
3. EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
* HERRAMIENTAS = (% DEL TOTAL DE MANO DE OBRA) 6,00 0,40
TOTAL EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS 0,40
4. GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS COSTO TOTAL
5,00 GASTOS GENERALES = % DE 1 + 2 + 3 0,35
TOTAL GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS 0,35
5. UTILIDAD
7,00 UTILIDAD = % DE 1 + 2 + 3 + 4 0,52
TOTAL UTILIDAD 0,52
6. IMPUESTOS
IMPUESTOS IVA MANO DE OBRA (%mano de obra) 14,94 0,99
IMPUESTOS IT = % DE 1 + 2 + 3 + 4 + 5 3,09 0,24
TOTAL IMPUESTOS 0,24
TOTAL PRECIO UNITARIO (1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6) 8,149
TOTAL PRECIO UNITARIO ADOPTADO (Con dos (2) decimales) 8,15
101
Proyecto : Diseño de una toma tipo Cáucaso aplicada a riego, caso Sapahaqui.
Actividad : Excavación lecho del rio (0-1M/ con agotamiento)
Unidad : m3
Moneda : Bolivianos
1. MATERIALES
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
TOTAL MATERIALES 0
2. MANO DE OBRA
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
1 Ayudante hr 3 10 30
2 Operador de
equipo hr 0,3 5 1,5
SUBTOTAL MANO DE OBRA 31,5
CARGAS SOCIALES = (% DEL SUBTOTAL DE MANO DE OBRA) 79 25,01
TOTAL MANO DE OBRA 56,51
3. EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
Bomba de agua de 4 HP hr 0,3 16,1 4,83
* HERRAMIENTAS = (% DEL TOTAL DE MANO DE OBRA) 6,00 3,39
TOTAL EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS 8,22
4. GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS
5,00 GASTOS GENERALES = % DE 1 + 2 + 3 3,24
TOTAL GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS 3,24
5. UTILIDAD
7,00 UTILIDAD = % DE 1 + 2 + 3 + 4 4,76
TOTAL UTILIDAD 4,76
6. IMPUESTOS
IMPUESTOS IT = % DE 1 + 2 + 3 + 4 + 5 3,09 2,25
IMPUESTOS IVA MANO DE OBRA 14,94 8,44
TOTAL IMPUESTOS 10,69
TOTAL PRECIO UNITARIO (1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6) 83,412
TOTAL PRECIO UNITARIO ADOPTADO (Con dos (2) decimales) 83,41
102
Proyecto : Diseño de una toma tipo Cáucaso aplicada a riego, caso Sapahaqui.
Actividad : Excavación manual 0-2m sin agotamiento terreno semiduro
Unidad : m2
Moneda : Bolivianos
1. MATERIALES
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
TOTAL MATERIALES 0
2. MANO DE OBRA
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
1 Ayudante hr 4,5 12,12 54,54
2 Operador de
equipo hr 0,5 18,38 9,19
SUBTOTAL MANO DE OBRA 63,73
CARGAS SOCIALES 79 50,60
TOTAL MANO DE OBRA 114,33
3. EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
* HERRAMIENTAS = (% DEL TOTAL DE MANO DE OBRA) 6,00 6,86
TOTAL EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS 6,86
4. GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS
5,00 GASTOS GENERALES = % DE 1 + 2 + 3 6,06
TOTAL GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS 6,06
5. UTILIDAD
7,00 UTILIDAD = % DE 1 + 2 + 3 + 4 8,91
TOTAL UTILIDAD 8,91
6. IMPUESTOS
IMPUESTOS IT = % DE 1 + 2 + 3 + 4 + 5 3,09 4,21
IMPUESTOS IVA MANO DE OBRA 14,94 26,60
TOTAL IMPUESTOS 30,81
TOTAL PRECIO UNITARIO (1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6) 166,968
TOTAL PRECIO UNITARIO ADOPTADO (Con dos (2) decimales) 166,97
103
Proyecto : Diseño de una toma tipo Cáucaso aplicada a riego, caso Sapahaqui.
Actividad : Hormigón Ciclópeo (50% piedra desplazada) Dosif 1:3:4 + acelerador de
fraguado exento de cloruro
Unidad : m3
Moneda : Bolivianos
1. MATERIALES
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
Aditivo acelerador de fraguado KG 2,25 27,5 61,875
Arena Corriente M3 0,27 135 36,45
Cemento IP – 30 KG 150 1,11 166,5
Clavos KG 0,5 12,9 6,45
Grava Comun M3 0,36 100 36
Madera de construcción P2 10 9,75 97,5
Piedra bruta M3 0,5 125 62,5
TOTAL MATERIALES 467,275
2. MANO DE OBRA
Albañil de primera hr 4,5 16,58 74,61
Ayudante hr 5,2 12,12 63,024
SUBTOTAL MANO DE OBRA 137,634
CARGAS SOCIALES = (% DEL SUBTOTAL DE MANO DE OBRA) 79 109,27
TOTAL MANO DE OBRA 246,90
3. EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS
Mezcladora de hormigón hr 0,5 24,49 12,245
Vibradora de concreto 35mm hr 0,5 16,17 8,085
* HERRAMIENTAS = (% DEL TOTAL DE MANO DE OBRA) 5,00 12,35
TOTAL EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS 32,68
4. GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS
5,00 GASTOS GENERALES = % DE 1 + 2 + 3 37,34
TOTAL GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS 37,34
5. UTILIDAD
7,00 UTILIDAD = % DE 1 + 2 + 3 + 4 54,89
TOTAL UTILIDAD 54,89
6. IMPUESTOS
IMPUESTOS IT = % DE 1 + 2 + 3 + 4 + 5 3,09 25,93
IMPUESTOS IVA MANO DE OBRA 14,94 36,89
TOTAL IMPUESTOS 62,81
TOTAL PRECIO UNITARIO (1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6) 901,903
104
Proyecto : Diseño de una toma tipo Cáucaso aplicada a riego, caso Sapahaqui.
Actividad : Tapa metálica para cámara de inspección
Unidad : Pza
Moneda : Bolivianos
1. MATERIALES
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
Angular 1"x1/8" M 3,2 11,8 37,76
Bisagra de 4 " doble PZA 2 12 24
Gasolina LT 1 3,74 3,74
Pintura anticorrosiva interior y exterior M2 1,7 4,6 7,82
Plancha de acero 3mm M2 0,81 210 170,1
Electrodo 6010 2,5 KG 0,75 23 17,25
Pletina 1"x1/8" M 2,05 6,43 13,1815
Acero liso 6mm BARRA 0,3 30 9
TOTAL MATERIALES 282,85
2. MANO DE OBRA
Albañil de primera hr 1 16,58 16,58
Ayudante hr 1,5 12,12 18,18
Soldador hr 8 20,33 162,64
SUBTOTAL MANO DE OBRA 197,4
CARGAS SOCIALES = (% DEL SUBTOTAL DE MANO DE OBRA) 79 156,72
TOTAL MANO DE OBRA 354,12
3. EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS
Soldador hr 0,75 7,75 5,8125
* HERRAMIENTAS = (% DEL TOTAL DE MANO DE OBRA) 5,00 17,71
TOTAL EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS 23,52
4. GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS
5,00 GASTOS GENERALES = % DE 1 + 2 + 3 33,02
TOTAL GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS 33,02
5. UTILIDAD
7,00 UTILIDAD = % DE 1 + 2 + 3 + 4 48,55
TOTAL UTILIDAD 48,55
6. IMPUESTOS
IMPUESTOS IT = % DE 1 + 2 + 3 + 4 + 5 3,09 22,93
IMPUESTOS IVA MANO DE OBRA 14,94 52,90
TOTAL IMPUESTOS 75,83
TOTAL PRECIO UNITARIO (1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6) 817,890
105
Proyecto : Diseño de una toma tipo Cáucaso aplicada a riego, caso Sapahaqui.
Actividad : Colocado del filtro (material granular)
Unidad : M3
Moneda : Bolivianos
1. MATERIALES
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
Material granular seleccionado m3 1,25 45 56,25
TOTAL MATERIALES 56,25
2. MANO DE OBRA
Albañil de primera hr 1 16,58 16,58
Ayudante hr 1,5 12,12 18,18
SUBTOTAL MANO DE OBRA 34,76
CARGAS SOCIALES = (% DEL SUBTOTAL DE MANO DE OBRA) 79 27,60
TOTAL MANO DE OBRA 62,36
3. EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS
* HERRAMIENTAS = (% DEL TOTAL DE MANO DE OBRA) 5,00 3,58
TOTAL EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS 3,58
4. GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS
5,00 GASTOS GENERALES = % DE 1 + 2 + 3 6,11
TOTAL GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS 6,11
5. UTILIDAD
7,00 UTILIDAD = % DE 1 + 2 + 3 + 4 8,98
TOTAL UTILIDAD 8,98
6. IMPUESTOS
IMPUESTOS IT = % DE 1 + 2 + 3 + 4 + 5 3,09 4,24
IMPUESTOS IVA MANO DE OBRA 14,94 9,32
TOTAL IMPUESTOS 13,56
TOTAL PRECIO UNITARIO (1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6) 150,838
106
Proyecto : Diseño de una toma tipo Cáucaso aplicada a riego, caso Sapahaqui.
Actividad : Rejilla de la cámara de captación
Unidad : Pza
Moneda : Bolivianos
1. MATERIALES
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
Angular (1/1/4) ML 1,4 8 11,2
Fierro liso KG 1 8,5 8,5
Soldadura KG 0,3 20 6
TOTAL MATERIALES 25,7
2. MANO DE OBRA
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
1 Peón hr 1 12 12
2 Soldador ht 1 25 25
SUBTOTAL MANO DE OBRA 37
CARGAS SOCIALES = (% DEL SUBTOTAL DE MANO DE OBRA) 79 29,37
TOTAL MANO DE OBRA 66,37
3. EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
Soldador hr 0,75 7,75 5,81
* HERRAMIENTAS = (% DEL TOTAL DE MANO DE OBRA) 6,00 3,98
TOTAL EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS 9,79
4. GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS
5,00 GASTOS GENERALES = % DE 1 + 2 + 3 5,09
TOTAL GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS 5,09
5. UTILIDAD
7,00 UTILIDAD = % DE 1 + 2 + 3 + 4 7,49
TOTAL UTILIDAD 7,49
6. IMPUESTOS
IMPUESTOS IT = % DE 1 + 2 + 3 + 4 + 5 3,09 3,54
IMPUESTOS IVA MANO DE OBRA 14,94 9,92
TOTAL IMPUESTOS 13,45
TOTAL PRECIO UNITARIO (1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6) 127,903
TOTAL PRECIO UNITARIO ADOPTADO (Con dos (2) decimales) 127,90
107
Proyecto : Diseño de una toma tipo Cáucaso aplicada a riego, caso Sapahaqui.
Actividad : Replanteo del desarenador
Unidad : m2
Moneda : Bolivianos
1. MATERIALES
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
TOTAL MATERIALES 0
2. MANO DE OBRA
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
1 peón hr 0,1 12 1,2
2 Topógrafo ht 0,1 25 2,5
SUBTOTAL MANO DE OBRA 3,7
CARGAS SOCIALES = (% DEL SUBTOTAL DE MANO DE OBRA) 79 2,94
TOTAL MANO DE OBRA 6,64
3. EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS
DESCRIPCIÓN UNIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
* HERRAMIENTAS = (% DEL TOTAL DE MANO DE OBRA) 6,00 0,40
TOTAL EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS 0,40
4. GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS
5,00 GASTOS GENERALES = % DE 1 + 2 + 3 0,35
TOTAL GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS 0,35
5. UTILIDAD
7,00 UTILIDAD = % DE 1 + 2 + 3 + 4 0,52
TOTAL UTILIDAD 0,52
6. IMPUESTOS
IMPUESTOS IT = % DE 1 + 2 + 3 + 4 + 5 3,09 0,24
IMPUESTOS IVA MANO DE OBRA 14,94 0,99
TOTAL IMPUESTOS 1,24
TOTAL PRECIO UNITARIO (1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6) 9,140
TOTAL PRECIO UNITARIO ADOPTADO (Con dos (2) decimales) 9,14
108
Proyecto : Diseño de una toma tipo Cáucaso aplicada a riego, caso Sapahaqui.
Actividad : Revoque impermeable (enlucido desarenador)
Unidad : m2
Moneda : Bolivianos
1. MATERIALES
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
Arena fina M3 0,05 143 7,15
Cemento IP 30 KG 15 1,11 16,65
Impermeabilizante KG 0,5 34,13 17,065
TOTAL MATERIALES 40,865
2. MANO DE OBRA
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
1 Peón hr 2 12,12 24,24
2 Albañil de primera ht 2,5 16,58 41,45
SUBTOTAL MANO DE OBRA 65,69
CARGAS SOCIALES = (% DEL SUBTOTAL DE MANO DE OBRA) 79 52,15
TOTAL MANO DE OBRA 117,84
3. EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
* HERRAMIENTAS = (% DEL TOTAL DE MANO DE OBRA) 6,00 7,07
TOTAL EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS 7,07
4. GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS
3,00 GASTOS GENERALES = % DE 1 + 2 + 3 8,29
TOTAL GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS 8,29
5. UTILIDAD
7,00 UTILIDAD = % DE 1 + 2 + 3 + 4 12,18
TOTAL UTILIDAD 12,18
6. IMPUESTOS
IMPUESTOS IT = % DE 1 + 2 + 3 + 4 + 5 3,09 5,76
IMPUESTOS IVA MANO DE OBRA 14,94 17,61
TOTAL IMPUESTOS 23,36
TOTAL PRECIO UNITARIO (1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6) 209,611
TOTAL PRECIO UNITARIO ADOPTADO (Con dos (2) decimales) 209,61
109
Proyecto : Diseño de una toma tipo Cáucaso aplicada a riego, caso Sapahaqui.
Actividad : Compuerta metálica para canales de riego
Unidad : m2
Moneda : Bolivianos
1. MATERIALES
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
Arena corriente M3 0,01 135 1,35
Cemento IP 30 KG 3,5 1,11 3,885
Compuerta lamina de acero Pza 1 170 170
TOTAL MATERIALES 175,235
2. MANO DE OBRA
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
1 Peón hr 1 12,12 12,12
2 Albañil de primera ht 1,5 16,58 24,87
SUBTOTAL MANO DE OBRA 36,99
CARGAS SOCIALES = (% DEL SUBTOTAL DE MANO DE OBRA) 79 29,37
TOTAL MANO DE OBRA 66,36
3. EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS
DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD PRECIO
PRODUCTIVO COSTO TOTAL
* HERRAMIENTAS = (% DEL TOTAL DE MANO DE OBRA) 6,00 3,98
TOTAL EQUIPO, MAQUINARIA Y HERRAMIENTAS 3,98
4. GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS
5,00 GASTOS GENERALES = % DE 1 + 2 + 3 12,28
TOTAL GASTOS GENERALES Y ADMINISTRATIVOS 12,28
5. UTILIDAD
7,00 UTILIDAD = % DE 1 + 2 + 3 + 4 18,05
TOTAL UTILIDAD 18,05
6. IMPUESTOS
IMPUESTOS IT = % DE 1 + 2 + 3 + 4 + 5 3,09 8,53
IMPUESTOS IVA MANO DE OBRA 14,94 9,91
TOTAL IMPUESTOS 18,44
TOTAL PRECIO UNITARIO (1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6) 294,340
TOTAL PRECIO UNITARIO ADOPTADO (Con dos (2) decimales) 294,34
110
4.3 PRESUPUESTO GENERAL
D E S C R I P C I O N UNID CANT P.U. COSTO
(BS)
Desvio tipo A de madera ríos principales
ML 10,00 387,52 3.875,20
Replanteo de la obra de toma M2 13,80 8,15 112,45
Excavación lecho del rio (0-1M/ con agotamiento)
M3 21,42 83,41 1.786,68
Excavación manual 0-2m sin agotamiento terreno semiduro
M3 3,24 166,97 540,98
Hormigón Ciclópeo (50% piedra desplazada) Dosif 1:3:4 + acelerador de fraguado exento de cloruro
M3 40,24 901,9 36.291,67
Tapa metálica para cámara de inspección
Pza 2,00 817,9 1.635,78
Colocado del filtro (material granular)
M3 8,84 150,8 1.333,41
Rejilla cámara de captación Pza 200 127,90 25.580,59
Replanteo desarenador M2 7,28 9,14 66,54
Excavación manual 0-2m sin agotamiento terreno semiduro
M3 12,38 251,59 3.113,70
Revoque impermeable enlucido de cemento
m2 19,98 209,61 4.188,02
TOTAL
78.525,02 BS
Se obtiene un presupuesto general para la ejecución de la obra de toma tipo
Cáucaso en la comunidad de Sapahaqui de setenta y ocho mil quinientos veinte y
cinco bolivianos con dos centavos.
111
CAPITULO V: IMPACTO AMBIENTAL
5.1 FICHA AMBIENTAL
MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE Y AGUA
VICEMINISTRO DE MEDIO AMBIENTE, BIODIVERSIDAD, CAMBIOS
CLIMÁTICOS Y DE GESTIÓN Y DESARROLLO FORESTAL
DIRECCIÓN GENERAL DE MEDIO AMBIENTE Y CAMBIOS CLIMÁTICOS
FORMULARIO: FICHA AMBIENTAL Nº _1
1. INFORMACIÓN GENERAL
FECHA DE
LLENADO: 08/09/2014
LUGAR: La Paz
PROMOTOR: ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA (E.M.I.)
RESPONSABLE DEL LLENADO DE LA
FICHA:
Nombre y
Apellidos:
Edgar Rodrigo Llanos
Sangüesa Profesión:
Cargo: Estudiante No. Reg. Consultor
Departamento: La Paz
Ciudad La Paz
Domicilio: Irpavi calle 6 Nº 6625 Tel: 2721708
Casilla:
112
2. DATOS DE LA UNIDAD PRODUCTIVA
PERSONERO (S) LEGAL
(ES): Coronel Alvaro Rios
ACTIVIDAD PRINCIPAL: Servicio de educación superior
CÁMARA O ASOCIACIÓN A LA QUE
PERTENECE:
No. DE
REGISTRO:
-
Fecha
de
Ingreso:
No de NIT 1020567023
DOMICILIO PRINCIPAL
(Ciudad y/o localidad): La Paz cantón:
Provincia: Murillo Depto: La Paz Calle:
Av. Arce No
2642
Zona: Central Teléfono 2432266 Fax: 2773774
Domicilio Legal a objeto de notificación
y/o citación:
Nota: en caso de personas colectivas acompañar
Testimonio de Constitución.
3. IDENTIFICACIÓN Y UBICACIÓN DEL PROYECTO
NOMBRE DEL
PROYECTO:
Diseño de una toma tipo Cáucaso aplicada a riego ,caso
Sapahaqui.
UBICACIÓN FÍSICA DEL PROYECTO (Ciudad y/o
localidad): Departamento de La Paz
Cantón: Sapahaqui Provincia: Loayza Depto: La Paz
Latitud: 16º52` -
17º10` Longitud 67º 45` - 68º00` Altitud:
2,580 m.s.n.m.- 4000
m.s.n.m.
Código Catastral del
Predio: - No.Reg. Cat: -
COLINDANTES DEL PREDIO Y
ACTIVIDADES QUE DESARROLLAN:
Norte: Murrillo
Sur: Aroma y luribay
Este: Aroma
Oeste: Luribay
113
USO DEL SUELO (Uso
actual): El suelo del área de influencia se utiliza para actividades agrícolas
4. DESCRIPCIÓN DEL SITIO DE EMPLAZAMIENTO DEL PROYECTO
SUPERFICIE A OCUPAR. Total del
predio 200 m2 Longitud de Proyecto:
DESCRIPCIÓN DEL TERRENO
Topografía y pendientes: Zona montañosa.
Profundidad de napa freática: Suelo totalmente saturado (lecho del rio)
Calidad del agua Apta para riego
Vegetación predominante: Planta de cultivo de Prunus persica (durazno) y paja
braba (Panicum prionitis)
Red de drenaje natural: Ríos Sapahaqui y rio caracato afluentes al rio La Paz
Medio humano: Poblaciones de Sapahaqui, Luribay
114
5. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
ACTIVIDAD.
Sector: Agrícola
Subsector: Riego
NATURALEZA
DEL
PROYECTO: Nuevo (x)
ampliatorio:
( ) Otros:
Especificar
otros:
ETAPA DEL
PROYECTO: Exploración: ( X ) Ejecución: Operación:
Mantenimiento: Futuro Inducido:
ÁMBITO DE ACCIÓN
DEL PROYECTO: Urbano: Rural ( X )
OBJETIVO GENERAL
DEL PROYECTO:
• Diseñar una toma tipo Cáucaso para la dotación de agua de
riego para la comunidad de Sapahaqui
OBJETIVOS
ESPECÍFICOS DEL
PROYECTO:
Calcular los caudales en el lugar del rio a construir la toma.
Calcular el caudal de diseño requerido para riego.
Realizar el diseño hidráulico de la obra de toma tipo Cáucaso.
Diseñar el des-arenador
RELACIÓN CON
OTROS PROYECTOS:
Forma parte
de: un plan:
programa:
proyecto
aislado (X)
Descripción del plan o
programa:
VIDA ÚTIL ESTIMADA
DEL PROYECTO. Años: 20 Meses:
115
6. ALTERNATIVAS Y TECNOLOGÍAS
Se consideró o están consideradas
alternativas de localización? Si: ( ) No: ( X )
Si la respuesta es afirmativa, indique cuales y porqué fueron
desestimadas las otras alternativas.
Describir las tecnologías (maquinaria, equipo, etc.) y los
procesos que se aplicarán.
Procesos Tecnología
Movimientos
de tierra Manual
Hormigón
ciclópeo
Mezcladora de hormigón (500 lt), 3 vibradoras de inmersión,
material granular
Filtro Material filtrante con granulometría específica, con material del lugar
Otros
1 bomba de agua de 4",
7. INVERSIÓN TOTAL
FASE DEL PROYECTO: Pre factibilidad: (x) Factibilidad ( )
Diseño
Final: ( )
Ejecución:
INVERSIÓN DEL
PROYECTO: Costo total:
FUENTES DE
FINANCIAMIENTO: CAF:
116
8.ACTIVIDADES
Etapa Actividad Descripción Duración
Ejecución
Desvío del cauce
del rio
Por medio de ataguias, madera y puntales
se desvía el cauce del rio en época seca 2 días
Replanteo Se marcara en el terreno la forma de la obra 2 días
Excavación en el
lecho del rio y en
roca
Excavación y transporte del material 2 semanas
Compactado del
suelo Estabilización simple del suelo de fundación 3 días
Vaciado HºCº Preparación, transporte y colocación de la
mezcla de hormigón 4 días
Instalación
compuerta de
limpieza
Colocación de la compuerta metálica con un
especialista (soldador) 1 semana
Colocación del filtro Colocación del material granular que
conformara el filtro 3 días
Obras
complementarias Puesta en funcionamiento 1 día
Operación Captación de agua Una vez concluya la construcción ingresara
agua a la toma para su posterior distribución 20 años
Mantenimiento
Limpieza rejilla de
captación
Destrabar material grueso atorado en la
rejilla
4 veces al
año
Limpieza
desarenador
Evacuar sedimentos por la compuerta o
manualmente
Permanente
Control en la
cámara de
captación
Reparación de baches.
4 veces al
año
9. Recursos humanos
Calificada Permanente No permanente
0 5
No
Calificada
Permanente No permanente
5 5
117
10. Recursos naturales del área que serán aprovechados
Nº Descripción Volumen o cantidad
1 Agua N/d
2 Agregados 50 M3
11. Materia prima, insumos y producción del proyecto.
a) Materia prima e insumos
Origen Cantidad Unidad
Cemento Portland Nacional 6000 kg
Piedra desplazadora Nacional 14,4 M3
Acero Nacional 200 Pieza
Clavos Nacional 10 Kg
Madera Nacional - -
Agregado para el filtro Nacional 8 M3
Sika Importado 90 kg
b) Energía
Diésel Nacional
Gasolina Nacional
12. Producción de desechos
Actividad Tipo Descripción Fuente
Cantida
d
Disposició
n final
Ejecución
Emisión de gases
Proveniente de las
actividades con
maquinaria
Combustión de
motores n/d
Aire
(atmosfera)
Solidos Residuos de tierras Movimiento de tierras
20 m3
Relleno
sanitario
Líquidos
Aguas turbias aguas
abajo Vaciado de hormigón
n/d Agua del rio
Operación Solidos Sedimentación en el
desarenador Material fino del rio
n/d
Compuerta
desarenador 10m3
118
13. Producción de ruido
Fuente
Maquinaria, (motores)
Nivel mínimo: -
Nivel máximo: 115 DB
14. Indicar cómo y dónde se almacenan los insumos
Insumo Deposito
Agregado Se almacena en acopios
Cemento Portland En bolsas, en un área cubierta
Sika 1 Se la depositara en lugares alejados ya que pueden ser
nocivos
Madera En un lugar seco aireado
Acero Un lugar seco para evitar que se oxiden
Clavos En tambores
Maquinaria Estantes de madera cubiertos
15. Indicar los procesos de transporte y manipulación de insumos
Insumos Transporte Manipulación
Material de
construcción
Se transportara en camiones
adecuados desde los centros
de distribución hasta los
depósitos de la obra.
El transporte y distribución se realizarán de acuerdo
con lo establecido en el plan de seguridad industrial
e incluirá la capacitación al personal encargado de
la manipulación de estos insumos
119
16. Posibles accidentes o contingencias
Debido al difícil acceso a Sapahaqui los accidentes más probables son en las vías de acceso a
la zona.
En caso de derrames de Hormigón o de sica en el terreno o en el rio se dispondrá de bombas,
sistemas de limpieza por succión o diques de contención para mitigar dicha eventualidad
Los accidentes más comunes como golpes, caídas, cortaduras, fracturas, etc. Para los cuales
se contara con personal médico y primeros auxilios. En caso de lesiones graves se recurrirá a
la posta sanitaria de Sapahaqui.
17. Consideraciones ambientales
Aire: Evitar la producción excesiva de polvo
Ruido:
Bajo los estándares permitidos, el momento de usar
dinamita se tendrá una planificación y consideración
especial
Se proveerá protectores para los oídos de los trabajadores
Agua:
Disminución de calidad del agua del rio por incremento de
partículas, causada por el movimiento de tierras
Se tomara un caudal menor al 10%a la media del año
Suelo. Alteración del flujo subsuperficial en el lecho del rio
Aspecto socioeconómico:
Generación de empleos para los habitantes de la
comunidad
120
18. Declaración jurada
Los suscritos a la Escuela Militar de ingeniería en calidad de promotor damos fé de la veracidad de
la información del presente documento y asumimos responsabilidad en caso de no ser evidente el
tenor de esta declaración que tiene calidad de confesión voluntaria.
PROMOTOR
RESPONSABLE TÉCNICO
ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA
EST. EDGAR RODRIGO LLANOS SANGÜESA
121
5.2 MATRIZ AMBIENTAL
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122
CAPITULO VI: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1 CONCLUSIONES
Se logró diseñar una obra de toma tipo Cáucaso para la dotación de agua
para riego en la comunidad de Sapahaqui, tomando en cuenta las necesidades de
agua de los cultivos, la disponibilidad de agua superficial y sub superficial en el rio
Sapahaqui, encontrando el lugar adecuado del rio para emplazar la obra.
Se calcularon los caudales máximos del rio 66.35 m3/s con el cual se diseñó
un muro de protección para evitar la inundación de los cultivos en época de lluvia,
que tiene dimensiones de 1.6m de altura (fundado a 0.6 m de profundidad) 1.2m
de base mayor y 0.8 m de base menor, el caudal requerido de riego por metro
cuadrado de la comunidad que en total es de 0.000022 m3/s/m2 según las
características de sus cultivos, y se tiene un área de riego total de 42553,283 m2.
por lo tanto se tiene un caudal de diseño del canal colector de 0.9 m3/s y con dicho
caudal se procedió al dimensionamiento de la obra de toma.
El diseño de la obra de toma d como resultado una base para el ingreso del
agua de 6 metros, una rejilla paralela al flujo de 0.8 metros con una inclinación de
30º con la horizontal. El canal colector de la obra de toma será de sección
rectangular con una base de 0.7m y un tirante máximo de 0.65m dejando una
altura total del canal de 0.85. El canal de transición tendrá un recorrido circular
para llegar al desarenador de 5,4 metros de largo y 1.35 metros de alto en su
parte más onda, cabe recalcar que el desarenador tiene una pendiente en el fondo
del 4%.
123
Se logró el diseño del filtro con materiales del lugar, con un tamaño de
partículas desde ¾” hasta 3”, mostrando que esta obra de toma es adecuada para
muchos lugares en el territorio ya que se tiene muchos ríos que provienen de
montañas. Esta opción es adecuada para los llamados valles andinos de la región.
También se realizó el estudio de los componentes químicos del agua del rio
Sapahaqui, determinando la cantidad de mg/lt que se tiene de compuestos
peligrosos para los cultivos como ser sodio 0.019(mg/l), potasio 0.21 (mg/l), calcio
0.32 (mg/l) y magnesio 0.18 (mg/l) y el ph que es de 6.9, una acides menor a 2%
resultados que comprueban que el agua del rio es apta para el riego después de
su paso por un desarenador.
Se determinó que esta obra de toma en particular es amigable con el medio
ambiente ya que a diferencia de otras obras de toma no requiere alterar el cauce
el rio en cambio mantiene el curso natural de aguas alterando mínimamente las
condiciones ambientales tanto de flora y fauna aguas abajo de la obra de toma.
Se pudo determinar que este tipo de toma es adecuada para los ríos de los
valles andinos del país, y al no tener un proceso constructivo complejo reduce
notablemente los costos de inversión para la ejecución y su impacto es altamente
beneficioso para la comunidad, resultando una relación costo beneficio muy alta
con una inversión de 77.573 bolivianos.
124
6.2 RECOMENDACIONES
Es recomendable realizar la construcción en época de estiaje para evitar
contratiempos en la programación de la obra, a consecuencia de fenómenos
climatológicos no previstos.
Se recomienda usar aditivo para acelerar el proceso de fraguado del
hormigón y también para impermeabilizarlas de una mejor manera, ya que estarán
en contacto permanente con el agua y este contacto permanente puede ocasionar
daños estructurales en las estructuras no impermeabilizadas.
Ya que esta obra se la puede realizar en ríos de montaña de alta pendiente,
es recomendable realizar la construcción de este tipo de obra de toma en los
llamados valles andinos del país, ya que estos ríos tienen un arrastre de
sedimentos bastante alto y cuentan con el material granular para usar tanto en el
hormigón ciclópeo y en diseño del filtro.
Finalmente, se recomienda emplear este tipo de toma en una obra de
captación de agua para un sistema de agua potable en poblaciones pequeñas y
cercanas a un rio o para cualquier otro uso con el respectivo tratamiento de aguas
que dicho uso requiera.
125
BIBLIOGRAFÍA
Plan de desarrollo municipal de Sapahaqui (2012)
Senamhi Servicio nacional de meteorología e hidrología
Campos F. (1978) Hidrología. 1ra (Ed.) Ediciones México.
Coduto D. (2000) Principios de geotecnia. 2da (Ed.) Ediciones Kindle. Michigan
– Estados unidos
Chow V.(1959).Hidráulica de canales abiertos. 1ra (Ed.) Ediciones
internacionales McGraw-Hill.
Chow V.(1964).Hidrología aplicada.1ra (Ed.) Ediciones internacionales McGraw-
Hill.
Garcia J. (2010). Diseño hidráulico de estructuras 1ra (Ed.) Escuela de
Ingeniería de Recursos Naturales y del Ambiente. Cochabamba - Bolivia
Linsley R. Franzini J. (1967). Ingeniería de los recursos hídricos. 2da (Ed.)
Barcelona- España
Mattos, R. (2000). Pequeñas obras hidráulicas Aplicación en cuencas andinas.
1ra (Ed.) La Paz- Bolivia
Palenque Espada R. (1991). Obra de toma Cáucaso modificada. Tesis de grado,
Universidad Mayor de San Andrés, La Paz Bolivia – Facultad de Ingeniería
Programa nacional de riego. (2010). Criterios de diseño y construcción de obras
de captación para riego. Tomas tirolesas. 1ra (Ed.) Cochabamba – Bolivia.
Salazar, E. (2013). Diseño e implementación de una obra de toma tirolesa en
ríos de alta montaña, caso comunidad Aramani- Palca. Trabajo de grado,
Escuela Militar de Ingeniería. La Paz – Bolivia.
126
Sanchez J. Flujos en medios porosos (2005 http://web.usal.es/javisan/hidro).
FUENTES DE CONSULTA
Camacho Freddy, Obras hidráulicas I, Apuntes clases, EMI, 2012.
Camacho Freddy, Obras hidráulicas II, Apuntes clases, EMI, 2012.
Espejo Airthon, Hidrología, Apuntes clases, EMI, 2011.
