Presas de Tierra Compactada

7/28/2019 Presas de Tierra Compactada

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SECRETARA DE AGRICULTURA,GANADERA,

DESARROLLO RURAL,PESCA Y ALIMENTACIN

Subsecretara de Desarrollo Rural

Direccin General de Apoyos Para el Desarrollo Rural

Presas con cortinade tierra compactada

para abrevadero ypequeo riego


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Presas con cortina de tierra compactada para abrevadero ypequeo riego

Introduccin.

Para poder aprovechar el recurso hdrico, con el n de sa-tisacer los dierentes benecios, en un pas donde la llu-via es insuciente, se requiere necesariamente de la inra-estructura de aprovechamientos hidrulicos, que se va adistinguir acorde a la uente de abastecimiento de agua,que puede ser supercial o subterrnea. Para la super-cial sern presas de almacenamiento para escurrimientosdonde estos se dan asociados a la precipitacin; presas de-rivadoras donde el escurrimiento es independiente de laprecipitacin y se presenta en pequea magnitud, y tomasdirectas cuando el escurrimiento es de gran magnitud.

El presente trabajo pretende apuntar algunas considera-

ciones sobre la utilizacin mediante pequeos almacena-mientos denominados bordos de almacenamiento paraabrevadero, cuyo destino principal es para proveer de aguaal ganado y satisacer las necesidades de cultivos en zonaspequeas de riego.

Defnicin.

El bordo de almacenamiento con nes de abrevadero esuna obra hidrulica consistente en una pequea presa concortina de tierra compactada, acompaada de un vertedorde excedencias y una obra de toma para cuando se tienenpequeas supercies de riego, o cuando el abrevadero se

conorma aguas abajo del vaso.

Objetivos.

a)General.

Orientar al tcnico involucrado en programas de Conser-vacin y Uso Sustentable de Suelo y Agua, en aspectosprcticos que le permitan establecer en campo las obrasnecesarias de conservacin que se deriven.

b)Especfcos.

Brindar los elementos tcnicos necesarios para el diseo,construccin y operacin de bordos de almacenamiento

de tierra compactada con nes de abrevadero y pequeoriego con un almacenamiento menor de 250,000 m3.

Benefcios.

Los benecios que se esperan con un bordo de almacena-miento son el abrevadero de ganado, el riego de peque-as supercies y eventualmente el uso domestico del agua

para las comunidades rurales que se encuentren cercanas

a la obra.Ventajas de la obra.

Los bordos de almacenamiento con nes de abrevaderopresentan la gran ventaja de poder disponer de agua para elabrevadero del ganado y reducir la mortandad en pocas deestiaje, ya que sin ellos sera dicil disponer del recurso.

Desventajas de la obra.

Alguna desventaja que se podra plantear respecto a los bor-dos de almacenamiento seran las aectaciones de terrenosque necesariamente tienen que hacerse para disponer de los

espacios para la construccin de la obra, otra desventaja seriadesde el punto de vista ambiental que altera el rgimen delescurrimiento de un cauce y en cierto momento a la fora yla auna que se aecta al alterarse el escurrimiento normal delcauce.

Condiciones donde se establece.

Se exigen que se tengan condiciones topogrcas, hidrol-gicas, geolgicas y de mecnica de suelos. Las condicionestopogrcas son necesarias para tener un estrechamientotopogrco suciente para conormar la boquilla donde seubique el bordo, as como un valle hacia aguas arriba para

ubicar el vaso de almacenamiento. Las condiciones hidrol-gicas son exigentes para tener una cuenca lo sucientementegrande, as como la precipitacin suciente para garantizar elescurrimiento necesario que garantice el abastecimiento paralograr que se llene el vaso. Las condiciones geolgicas son ne-cesarias para garantizar en el caso del bordo la capacidad pararesistir el peso del mismo as como la impermeabilidad nece-saria, y para el vaso el que no se presenten allas o materialesque impidan la impermeabilidad necesaria. Las condicionesde mecnica de suelos se exigen para contar con bancos demateriales arcillosos que proporcionen la impermeabilidadnecesaria en el bordo de almacenamiento.

Criterio y especifcaciones de diseo.

Para poder eectuar el diseo de un bordo de almacenamien-to se requiere de un conocimiento previo de las condicionesdel sitio en lo que respecta a la topograa, geologa, hidrolo-ga y mecnica de suelos, undamentalmente en la etapa quese ha dado en llamar estudios previos, comenzando con unreconocimiento del sitio.


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I. Reconocimiento del sitio.

Consiste en localizar el lugar probable para la construccinde una obra. Se recaba con los habitantes, el mayor nmerode datos reerentes a la poca de lluvias, magnitud aproxi-mada de escurrimientos de las corrientes por aprovechar,

caminos de acceso, localizacin de probables bancos demateriales, posibles aectaciones de propiedad y sus or-mas viables de resolucin, aspectos legales de la obra y be-necios de la misma, etc.

De acuerdo con estos datos y los observados por el inge-niero, deber determinarse en orma aproximada el sitioprobable de la boquilla, su longitud, capacidad supuestadel vaso, tipo de estructura ms adecuado, localizacin dela zona de riego dominada por la obra y vericacin de losdatos proporcionados por las personas del lugar. Deberdibujarse un croquis que indique el sitio de la obra, anima-les beneciados, coecientes de agostadero, zona de riego,

cultivos, vas de comunicacin, localizacin de bancos demateriales y cualquier otro dato til para el proyecto.

II. Estudios

1. Estudios Topogrfcos.

a) Levantamiento de la cuenca. El levantamiento dela cuenca se hace para determinar la supercie de lamisma y orma de concentracin de las aguas, con el nde utilizar estos datos como base para el estudio hidro-lgico del proyecto.

Para el levantamiento es necesario ubicar primero elparte aguas, haciendo un recorrido del mismo y dejan-do seales en lugares adecuados que servirn de ree-rencia para los trabajos posteriores. Una vez localizadoel parte aguas, se correr una poligonal en toda su lon-gitud, debiendo vericar su cierre. Se trazarn las po-ligonales auxiliares necesarias, ligadas a la perimetral,para localizar los cauces principales que determinen laorma de concentracin del agua y las pendientes ge-nerales de la cuenca.

La conguracin se puede hacer usando poligonalesde apoyo, trazadas con alguno de los aparatos actuales,que permitan obtener curvas de nivel con 2, 5 o 10 m deequidistancia, segn el tamao de la cuenca.

Otros procedimientos para el levantamiento de lascuencas pueden ser mediante mtodos ms expeditos.La precisin de estos levantamientos no debe ser mayorde 1:100 y los cierres en las poligonales de apoyo 1:500.

En casos de cuencas muy extensas se podr obtener el

rea y orma de los escurrimientos de una carta topo-grca de INEGI.

b) Levantamiento de vasos para almacenamiento.Este trabajo se eecta para determinar la capacidad y

el rea inundada a dierentes alturas de cortina y tam-bin para estimar las prdidas por evaporacin. Antesde iniciar el levantamiento topogrco, deber hacerseun reconocimiento ocular cuidadoso del vaso, locali-zando puntos de reerencia que aciliten el trabajo.

A partir de la margen, que observando la direccin delfujo en el cauce, se ubica a la izquierda del arroyo o rose localizar el eje probable de la cortina, monumentan-do sus extremos. Apoyndose en esta lnea, que ser labase de todos los trabajos topogrcos subsecuentes,se iniciar el levantamiento del vaso en la orma quesigue:

Partiendo de uno de los extremos del eje de la cortina,previamente orientado en orma astronmica o magn-tica, se llevar una poligonal con los aparatos respecti-vos, siguiendo aproximadamente la cota del nivel delembalse probable, hasta cerrar la poligonal en el puntode origen. Apoyndose en esta poligonal, se trazarnpoligonales auxiliares a lo largo del cauce o cauces delos arroyos y las necesarias para el trabajo de congura-cin, nivelndose estas poligonales con nivel.

La conguracin se eectuar con el aparto respectivo,apoyndose en las poligonales previamente trazadas.Simultneamente con la conguracin, se har el levan-

tamiento catastral para determinar las supercies de laspropiedades inundadas por el vaso.

Los planos debern dibujarse a una escala convenientey la equidistancia de las curvas de nivel deber jarse deacuerdo con la topograa del vaso, por lo general a unmetro de desnivel, en caso de terrenos muy accidenta-dos podr ser de dos metros. Se cubicar la capacidaddel vaso, aplicando el procedimiento de las reas me-dias, obtenidas con planmetro o electrnicamente. Seconstruir con estos datos la curva de reas-capacida-des, la cual deber dibujarse en el plano. Se incluir eneste, el perl de la boquilla, indicando sus elevaciones.

c) Levantamiento de la boquilla. Localizado el ejeprobable de la cortina, se trazar en el terreno, utilizan-do trnsito y cinta, estacando cada 20 metros, cuandola longitud de la cortina rebase a 200 m o a cada 10 mcuando la longitud sea menor, as mismo cuando lapendiente e infexiones del terreno as lo exijan, y poste-riormente se nivelar con nivel jo. Apoyndose en este


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eje y empezando en la margen izquierda para la con-guracin, se obtendrn secciones transversales de unalongitud por lo menos de cinco veces la altura probablede la cortina, tanto aguas arriba como aguas abajo deleje, con objeto de tener topograa suciente en caso de

que sea necesario mover el eje en el proyecto denitivo.En los casos en que por las condiciones topogrcasel canal de descarga de la obra de excedencias puedaquedar uera de la zona anteriormente indicada, se pro-longarn las secciones transversales hacia aguas abajo,tanto como sea necesario para obtener la topograaque permita eectuar el proyecto total de la estructura.El plano de la boquilla se har por separado a una escalaconveniente, que permita ormarse una idea exacta dela topograa para seleccionar el eje ms conveniente ylocalizar las dierentes estructuras.

Por separado debe elaborarse un plano de seccionestransversales que acilite la cubicacin de los materialesde la cortina y la ormacin de la curva masa respectiva.

d) Levantamiento de la zona de riego. A partir deleje de la obra de toma, sealado por medio del cadena-miento en el eje de la cortina, se llevar una poligonalque circunde la parte ms alta del rea de riego proba-ble. Esta poligonal deber cerrarse en el punto de par-tida para que analticamente se determine la superciereal. El plano se dibujar a una escala de 1: 1000, sea-lando los linderos de propiedades existentes, apoyn-dose en poligonales auxiliares si uese necesario.

e) Localizacin y trazo de canales. Se puede aprove-char la poligonal del levantamiento de la zona de riegopara localizar sobre ella el trazo de canales, respetan-do los linderos de propiedades existentes, para evitarproblemas legales. Los canales secundarios, en caso deque sean necesarios, pueden trazarse por las partes msaltas de acuerdo con la topograa, para acilitar la locali-zacin de las tomas, o bien, de acuerdo con los linderosde propiedad, segn ya se indic.

Los puntos de infexin deben unirse mediante curvascirculares simples, con grados de curvatura no meno-res de 12; anotndose en el plano todos los datos delas mismas.

Una vez que se tenga estacado cada 20 metros el ejedenitivo, se nivelarn todas las estacas con nivel jo.Sobre esta nivelacin, para obtener las cotas del terrenonatural, se trazarn secciones transversales con nivel demano para el proyecto del canal.

El plano a escala de 1:1000 deber contener el trazo enplanta, el perl del terreno, el perl de la rasante de pro-yecto y los datos de cortes y volmenes de excavacin,parcial, por estacin y acumulados. Debe recordarseque para que el canal pueda regar, el nivel libre del agua

debe ir unos 20 centmetros por encima del nivel natu-ral del terreno por beneciar, condicin que infuye enla pendiente del canal y su trazo. En el caso de canalesde conduccin, el canal puede ir totalmente enterrado.

) Levantamiento de sitios para derivacin. Habrcasos en que un vaso no tenga cuenca propia y ser ne-cesario auxiliarse del escurrimiento de una cuenca ve-cina, alimentndolo mediante un canal que conduzcael agua de la otra cuenca, o bien en otras ocasiones elaprovechamiento se har directamente de un arroyo deaguas permanentes o de un manantial, sin previo alma-cenamiento. En ambos casos, ser necesario construir

presas derivadoras para lo cual es indispensable hacerel levantamiento topogrco de la zona elegida.

Se empezar por colocar un monumento en la margenizquierda y otro en la derecha que denan un eje deapoyo iniciando el cadenamiento en la margen izquier-da, se har el estacado y nivelacin del mismo eje queservir de base para las secciones correspondientes,para el trazo de poligonales auxiliares y para eectuarla liga con el eje del canal de conduccin, o de riego.El dibujo en planta, servir como base para ejecutar elproyecto de la obra.

2. Estudio Geolgico.Desde el punto de vista geolgico, en estas obras las carac-tersticas de mayor inters para el proyecto y construccinde las estructuras, son la capacidad de carga del terreno dela cimentacin, el grado de impermeabilidad del mismo yel eecto de la humedad sobre los estratos de cimentacin,por lo que abarcar los siguientes aspectos:

a) Vasos de almacenamiento. Debern identi-carse las ormaciones de rocas que aparezcan en elvaso(gneas, sedimentarias o metamrcas) y de serposible las relaciones que existan entre ellas. Debernobservarse con todo cuidado los recubrimientos de

aluvin, de acarreos, los ocasionados por derrumbese investigar toda clase de plegamientos (anticlinales ysinclinales) anotando la direccin del eje de los mismosy examinando particularmente las allas, de las cuales sedebe apreciar su direccin y echado.

Se pondr especial cuidado en observar la presencia derocas solubles, yeso, calizas, etc., anotando la extensin


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y lugar que ocupan en el vaso. Adems deber obser-varse todo indicio de allas o agrietamientos que per-

judiquen la permeabilidad del vaso y que puedan pro-ducir una disminucin acentuada del almacenamiento;considerando que al existir carga hidrosttica en el em-

balse, resulta bastante ms cil producir vas de aguaque posteriormente tienen dicil solucin.

b) Boquilla. Se observarn las grietas en la roca, determi-nando su anchura, proundidad y condicin del subs-trato, examinando si la masa est dividida en bloques osi se trata de roca maciza, tan solo intemperizada super-cialmente, para lo cual se harn las exploraciones quesean necesarias, mediante pozos a cielo abierto, tantoen el ondo del cauce, como en las laderas.

Cuando exista material de acarreo en el cauce, debersondearse en varios puntos del mismo, para determinar

el espesor y condicin del citado material. Si la boquillade mejor conguracin topogrca, no presenta con-diciones geolgicas avorables, deber elegirse algnotro sitio, que aunque no rena las mejores condicionestopogrcas, pueda aceptarse desde el punto de vistageolgico.

En vista de la conguracin del terreno y las condicio-nes geolgicas debe sugerirse la localizacin de la obrade excedencias, observando si el canal de descarga ne-cesita o no revestimiento, tomndose en cuenta el po-der erosivo que adquiere el agua al estar uncionandola estructura y la resistencia al desgaste que orezca elmaterial descubierto.

La obra de toma procurar localizarse de modo que lazanja en que se aloja la tubera, no tenga una uerte ex-cavacin en roca.

El sitio de los sondeos se indicar en un plano de laplanta de la boquilla, reerenciados al eje y con los datosobtenidos se construir su perl geolgico. Se sealaradems la posicin de los bancos de prstamo.

c) Canales. Deben sugerirse los trazos ms econmicos,evitando cortes en roca o diseos en balcn, hasta don-de sea posible. Cuando as se requiera, se deben clasi-

car provisionalmente las rocas en el trazo probable yanotar las clases de roca y estado de ellas en los lugaresprobables en que se haga necesaria la construccin deestructuras. Se evitar que el trazo del canal cruce man-tos permeables.

d) Muestras. Siempre que se requiera estudiar ms de-tenidamente las condiciones naturales del proyecto,

debern obtenerse muestras de las dierentes clases derocas que puedan emplearse como materiales para laconstruccin o como bases para el desplante de estruc-turas.

La muestra de roca debe tomarse de la zona alejadadel intemperismo, es decir, de una zona que no hayasurido alteracin o descomposicin de sus elementosconstitutivos.

3. Estudio Hidrolgico.

Se obtendr el mayor nmero posible de datos hidrol-gicos que permitan denir el rgimen de la corriente poraprovechar, el clculo del almacenamiento econmico ac-tible y la determinacin de las condiciones de la avenidamxima.

a) Precipitacin. Se recabarn los datos de precipitacin

que se tengan en las estaciones pluviomtricas existentesen el rea de la cuenca o cercanas a ella, a n de poderemplear el mtodo de Thiessen o el de las curvas isoyetas,para determinar la precipitacin promedio en la cuenca.

b) Forma de concentracin de las aguas. Las aguasse concentran en las cuencas de tres maneras: avanza-da, media o retardada, segn sea la inclinacin de losterrenos y la orma de la cuenca, desde su nacimientohasta el sitio considerado. La concentracin se presentaen orma avanzada, casi siempre, cuando el terreno tie-ne uertes pendientes y en orma retardada, cuando lacuenca presenta terrenos sensiblemente planos.

c) Coefciente de escurrimiento. De acuerdo con elexamen que se haga de la cuenca tomando en consi-deracin las pendientes principales, la orma de con-centracin de las aguas, la cubierta vegetal existente, lapermeabilidad de los terrenos y algunos otros datos deinters, se podr determinar en el campo, el coecientede escurrimiento que deba adaptarse en cada caso par-ticular, bien sea deducido prcticamente, o por compa-racin de cuencas que guarden semejanzas con la quese estudia. En el caso de la alta absoluta de datos, setomar, de acuerdo con las prcticas hidrolgicas habi-tuales (S.R.H.), un coeciente de 0.12.

d) Volumen aprovechable de almacenamiento. Deacuerdo con el rea de la cuenca, la precipitacin y elcoeciente de escurrimiento, se calcular el volumentotal escurrido anualmente y se considerar el 30% deste, como volumen mximo aprovechable para alma-cenamiento, en caso de no tener inormacin que nosprecise un valor dierente.


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e) Estimacin de la avenida mxima. El mtodo quese use depender de los siguientes actores:

1. Disponibilidad de datos hidromtricos en o cerca delsitio de la obra.

2. De las dimensiones del proyecto y la magnitud de losdaos que ocasionara el racaso de la obra.

Considerando los actores enunciados, se presentan lossiguientes casos para el proyecto de obras de exceden-cias en los bordos:

1.Bordos que almacenan menos de 250,000 m3 sinconstrucciones ni cultivos aguas abajo. La capacidadde la obra de excedencias en este caso puede estimarsepor simple inspeccin de las huellas de aguas mximasen el cauce, en puentes, alcantarillas o en sitios dondela observacin sea cil y perectamente delimitada. Se

comparar el caudal as determinado, con el que se ob-tenga al tomar un 25% del calculado por medio de larmula de Creager, que se expone ms adelante. Estecaudal mximo ser denitivo si no se dispone de otroselementos de juicio. En caso de poderse obtener los dosvalores, el obtenido en el campo representa en ormams dedigna las condiciones de avenida mxima salvoen caso de estimaciones muy discutibles, quedando acriterio y responsabilidad del ingeniero la eleccin nal.

2.Bordos que almacenan menos de 250,000 m3 conconstrucciones y cultivos aguas abajo. Para la deter-minacin de la avenida mxima en este caso, puede

usarse el mtodo de seccin y pendiente, eligiendo untramo recto del cauce de 200 m de longitud aproxima-damente, donde puedan obtenerse las secciones hastalas huellas de aguas mximas. Como en el caso anterior,comprese el valor obtenido con el que se obtenga altomar el 50% del calculado por la rmula de Creager.Las observaciones antes asentadas, tambin son aplica-bles a este caso.

Como este documento se elabora para volmenes dealmacenamiento no mayores a 250,000 m3, no se de-talla para cuando los almacenamientos rebasan a estacantidad.

La rmula de Creager para la Envolvente Mundial deescurrimientos, que es la siguiente:

0.0480.936A

2.59

ACQ

1

En la que:

Q = Gastos de la avenida mxima en m3/segC = valor del coeciente de Creager = 70 (envolvente

para la Repblica Mexicana).A = rea de la cuenca en Km2.

4. Estudios de Mecnica de Suelos.

Uno de los actores ms importantes que determina la po-sibilidad de construccin de un bordo, es la existencia dematerial adecuado y en suciente cantidad para abastecer elvolumen de terraceras necesario en la obra. En consecuen-cia, debe determinarse con la mayor aproximacin que seaposible, la capacidad de los bancos de prstamo que seansusceptibles de explotacin, ubicados a distancias econmi-cas de acarreos y siempre que sea posible, uera del vaso.

Teniendo delimitados topogrcamente los bancos de prs-

tamo, se tomarn las muestras necesarias para su anlisis enel laboratorio de mecnica de suelos. Las muestras sern deltipo alterado para el caso de bancos de prstamo, e inaltera-das para determinar las caractersticas de la cimentacin olas condiciones de un bordo existente, cuando se trate de so-bre elevacin de ste se ormar un plano con la caracteriza-cin de las bancos de prstamo, indicando su potencialidady reerenciados respecto al eje de la cortina, datos que tam-bin pueden incluirse en el plano topogrco de congura-cin del vaso o de la boquilla, segn las circunstancias de suscaractersticas de productividad, a simple vista o medianteperoraciones con barreno de suelos o pozos a cielo abierto,que permitan tener una idea de la calidad de los suelos, to-

mando como actores determinantes: el carcter del suelo, latopograa, el drenaje y la presencia de lcalis; eventualmen-te pueden tomarse en cuenta otros actores, como el viento,inundaciones, erosin, etc.

III. Diseo de la obra.

De acuerdo con los datos obtenidos en los estudios an-tes citados, se proceder a eectuar el diseo de cada unade las estructuras integrantes de la obra, pudiendo servircomo gua, las siguientes normas generales:

Primeramente se dene el almacenamiento, el cual se basa

el proyectista en los estudios hidrolgicos y en los estudiostopogrcos, partiendo de los primeros se dene primera-mente el Volumen escurrido:

Ve = Ce pm

Ac

-----------------(2)

En la que: Ve = volumen escurrido, en m3; Ce = coecientede escurrimiento, adim.(varia de 0.1 a 0.23); p

m= precipita-

cin media de la cuenca, en m; Ac= rea de la cuenca, en m2.


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Se selecciona el coeciente de aprovechamiento (Kapr), elcual vara de 0.3 a 0.9, que al aplicarlo al volumen escurridose obtiene el volumen aprovechable:

Vapr

= Kapr

Ve --------------- (3)

Este pasa a conormar una restriccin hidrolgica, que limi-ta a la Capacidad Total de Almacenamiento(C

TA), no debien-

do esta ltima rebasar al Vapr

, que en uncin de la capaci-dad del vaso de almacenamiento, dado por la topograadel mismo, si es mayor, la restriccin ser exclusivamentehidrolgica, pero si la capacidad es menor, pasa a conor-marse una restriccin topogrca, con lo que queda de-nida la C

TA.

A continuacin se pasa denir la Capacidad de Azolves,que est en uncin de la vida til de la obra, que para pe-queos almacenamiento se consideran 25 aos, calculn-dose as:

CAZ

= kAZ

NA

Ve ----------------- (4)

Donde: CAZ

=Capacidad de azolves, en m3, kAZ

= Coecientede Azolvamiento, adim.=0.0015, para presas pequeas; N

A=

Vida til de la presa, en aos =25aos, para presas pequeas.

Con este volumen se dene la Capacidad Muerta (CM

), quequeda conormada undamentalmente por la capacidadde azolves, volmenes para la cra de peces, recreacin,turismo, abrevadero (cuando se va a utilizar el vaso paraabrevar), etc., siendo:

CM

= CAZ

+ Vcp

+ Vr+ V

t+ V

abr

Por dierencia entre las dos capacidades anteriores se de-ne la Capacidad til: Cu=C

TA-C

M, la que se limita a una se-

gunda restriccin hidrolgica denominada Capacidad tilCalculada (C

Uc), obtenida con:

CUc

= Vapr

/Ev ------------- (5)

En la que: Ev = eciencia del vaso, adim., que varia de 0.3 a 1.5.

Con las anteriores capacidades se denen los niveles un-damentales del almacenamiento denominados N.A.N. (=Nivel de Aguas Normales), dado por la C

TA,y que dene la

cota de la obra de excedencias, para cuando se tiene unvertedor de cresta libre; y el N.A.min.(=Nivel de Aguas m-nimo), dado por la C

M, y que para el caso de irrigacin o de

abrevadero aguas abajo de la obra, dene la cota de la obrade toma. El diseo del vertedor determina el N.A.M.E., y elde la obra de toma el N.m.o.(Nivel mnimo de operacin).

Nivel de almacenamiento mnimoNivel de aguas normales = N.A.M.Q.= Nivel de aguas mximas de operacinNivel mnimo de operacin (carga mnima de funcionamiento de la O. de T.)Nivel de aguas mximas extraordinarias.

Carga del vertedor para la avenida mxima de diseo.Libre bordo

N.A.min.N.A.N.N.m.o.

N.A.M.E.

HL.B.

====

==

CAP.

UTIL

N.A.M.E.

N.A.N.

Vertedor deCresta libre

N.m.o.

N.A.min

VOL. CRA PECES Y OTROS

VOL. AZOLVE

ZV

Desage de fondo

Obra de Toma

Obra deexcedencias

H

L.B.

ELEV. CORONA

A

PERFIL POR EL EJE DEL CAUCE

ALTURA MAXIMA = ELEV. A - ELEV. Z

CURVAS DE AREA -- CAPACIDADES

AREAS EN Km

CAPACIDADES EN MILL m

CAPMuerta

0.1 Cu

Cu (CAP. UTIL) CAP. SOBRE

ALMAC.

ELEVACIONESENm

0 50 100 150

12000 1 2 3 4 5 6

1250

40

10

20

30

60

70N.A.M.E

N.A.N

CAPA

CID

ADES

AREA

ARE

AS

CAPA

CID

ADES

Figura.1.Representacin esquemtica de los dierentes niveles de un almacenamiento.


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Para pequeos almacenamientos, segn la extinta SRH, elbordo libre se puede tomar como:

a) Cortina. Para pequeos almacenamientos, se empleanpreerentemente cortinas de tierra compactada poradaptarse en la mayora de los casos a las condicionestopogrcas de la boquilla, por su costo relativo bajo,abundancia de materiales a distancias cortas de aca-rreo, fexibilidad estructural, empleo de mnimo equipode construccin, cil conservacin, etc.

Como una gua para el ante-proyecto de una cortinade este tipo, la experiencia ha demostrado que puedenemplearse en condiciones normales y de acuerdo consu altura, las siguientes secciones dentro de los lmitesseguros, establecidos desde el punto de vista de esta-bilidad:

A continuacin se dene la altura mxima de la cortina, cal-culada con:

Hmx. = HNAN + Hv + L.B. --------- (6)

Donde: Hmx.=altura mxima de la cortina (desnivel entre

la corona y la menor cota del cauce en la zona de la cimen-tacin), en m; HNAN=altura del N.A.N.(desnivel entre lacota del vertedor -descarga libre- y la menor cota del cauceen la zona del desplante), en m; Hv = carga del vertedor, enm (determinada en el diseo de la obra de excedencias),y L.B. = libre Bordo, en m = (marea del viento oleaje delviento, pendiente y caractersticas del paramento mojado,actor de seguridad, etc.).

Figura.2. Vaso de almacenamiento en planta ycaracterizacin del Fetch.

(Lnea mxima, medida desde la cortina hasta la cola del vaso

no necesariamente en direccin normal al eje de la cortina)

VASOLnea del N.A.M.E.

Fetch

Fetch (en Km) Bordo Libre (en m)

< 1.6 1.0

1.6 a 4.0 1.224.0 a 8.00 1.52

> 8.0 1.83

Trinchera en caso desubsuelo permeablerelleno con materialarcilloso impermeablecompactado

mnimo 75 N.AM.E.

Despalme mnimo20

Proteccin con Pasto

Revestimiento de la corona con grava. 20cms. de Espesor

Zampeado Secopara proteccin

T.N.

Estrato Impermeable

RECOMENDACINBORDOS DE SECCIN HOMOGENEA(CONDICIONES LIMITE MINIMAS)

350

TT

mximo

TIPO H C T T

MATERIAL ARCILLOSOIMPERMEABLE COMPACTADO

En copos de 20 cms.

C

CL

2:1

2:1

2.5:1

2.5:1

2:1

2:1

2:1

2.5:1

SECRETARIA DE AGRICULTURA Y GANADERIADIRECCIN GENERAL DE INGENIERIA AGRICOLA

DEPARTAMENTO DE CONSTITUCIN DE OBRAS DE RIEGO

BORDO TPICOESQUEMA

1 DE 2 JUNIO - 1968 1093-I - PT

EL SECRETARIO

APROBO

EL DIRECTOR GENERAL

EL SUBDIRECTOR

H

Figura 3. Seccin tpica de bordo de almacenamiento.


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Dichos estudios producirn adems, las instruccionesprecisas que debern regir durante la construccin delos bordos, tales como bancos de prstamo elegidos,peso volumtrico seco mnimo, grado de humedadptima, nmero de pasadas para una capa de espesor

determinado, con el equipo de compactacin recomen-dado por los anlisis previamente eectuados. Para estetipo de estudios se requiere el envo de las muestrasnecesarias al laboratorio de mecnica de suelos corres-pondiente, quien las procesar y enviar los resultadosal departamento tcnico encargado de su interpreta-cin.

b) Obra de excedencias. Teniendo en cuenta que lasallas ocurridas mundialmente en presas de tierra sehan debido de manera especial a la insuciencia delvertedor de demasas, se tendr especial cuidado en sudiseo, basando los clculos en datos obtenidos de la

avenida mxima observada.

La estructura queda anclada al terreno natural, alojn-dose en cualquiera de las laderas o en un puerto natu-ral, pero jams en el cuerpo de la cortina. Se emplearnpara ello dentellones de anclaje, de mampostera, cuyaproundidad en ningn caso podr ser menor de 1.00m y espesor mnimo de 0.40 m. En los extremos de lacresta vertedora se colocarn muros de cabeza, debida-mente anclados al terrapln por medio de dentelloneslaterales, cuya longitud mnima ser de 1.50 m.

La elevacin de la cresta vertedora se jar consideran-do la carga de trabajo a su mxima capacidad, adiciona-da de un bordo libre que nunca ser menor a 0.75 m, elque podr aumentarse de acuerdo con la importanciade la altura jada a la cortina y la longitud del etch,cuando haya peligro de oleaje.

La zona de descarga al pie del vertedor quedar debida-mente protegida cuando menos con un zampeado. Seprocurar que en el canal de descarga se controle el es-currimiento, encauzndolo debidamente y regulandola pendiente, pudiendo hacerse uso en casos especialesde estructuras disipadoras.

De las condiciones topogrcas y geolgicas de la zona

donde se alojar la obra de excedencias o vertedor dedemasas, y del carcter del rgimen de la corrienteaprovechada, de la importancia de la obra, de los cul-tivos o construcciones localizadas aguas abajo, mate-riales y presupuesto disponible, depender el tipo devertedor empleado: cimacio, cimacio Creager, abanico,descarga lateral, de lavadero o simple canaln, para loscasos de menor exigencia. Los vertedores ms usados

en este tipo de obras son: el tipo lavadero, que se ilus-tra en la Figura.4 y el tipo cimacio, que se ilustra en laFigura. 5.

Figura.4. Vertedor tipo lavadero.CANAL DE ACCESO CANAL DE DESCARGA

SECCION DE CONTROL

Figura. 5. Vertedor tipo cimacio.

COTA CORONA

N.A.M.E

N.A.N

CANAL DE

ACCESO CANAL DE

DESCARGA


10/21

10

Para el clculo de la longitud de la cresta vertedora, seutilizar la rmula de Francis:

Q = C L HV

3/2 ------------ (7)

En la que: Q= Gasto de diseo de la obra de exceden-

cias, que es el de avenida mxima determinado en el es-tudio hidrolgico, en m3/seg; L= longitud de cresta, enm; HV = Carga de diseo del vertedor de excedencias,en m; C = Coeciente del vertedor, se tomar un coe-ciente de descarga C = 2 m1/2/seg, para perl cimacio, y1.45 m1/2/seg, para vertedor lavadero. La altura mnimadel vertedor con cresta cimacio tendr sobre el nivel delpiso del canal de acceso 0.80 metros.

Las condiciones restrictivas tan severas, que se sealanpara la obra de excedencias en bordos de tierra, podrnmodicarse a juicio del ingeniero, cuando se trate deestructuras de este tipo en presas de gravedad o deri-

vadoras.

c) Obra de toma. Es la estructura que permite manejarlas extracciones del almacenamiento para satisacer losdierentes benecios para el cual ue concebida la obra,en tanto se encuentren aguas abajo de la obra. Los tiposms comunes que se utilizan en este tipo de obras sonel tipo: Tubera a presin y vlvulas a la salida, el tipomuro de cabeza y el tipo torre y galera.

El tipo tubera a presin y vlvulas a la salida, se conor-ma con un canal de acceso, que permite la comunica-

cin con el vaso de almacenamiento en niveles bajosdel agua en el almacenamiento; una estructura de re-

jillas, que evitara la entrada de cuerpos fotantes en elagua en niveles bajos, una tubera que permitir atra-vesar la seccin del bordo, auxilindose de dentellones

para anclar la tubera y para incrementar la trayectoriade ltracin, y disminuir el peligro de tubicacin, acontinuacin una caja de vlvulas, donde se alojarnde preerencia dos vlvulas, una de emergencia y otrade operacin, concluyendo la estructura con una cajaamortiguadora, donde se disipara la energa cintica,para entregar el agua al canal.

El tipo Muro de Cabeza de obra de toma, inicia en unmuro de cabeza, generalmente de mampostera, ci-mentado sobre terreno rme. El paramento aguas arri-ba ser vertical, los laterales y el de aguas abajo serninclinados que garanticen su estabilidad, a partir de

aqu inicia el conducto.La operacin de la toma se hace por medio de unacompuerta deslizante accionada por un mecanismoelevador, el cual se instala sobre una mnsula de con-creto reorzado anclada al muro de cabeza, o bien, so-bre viguetas empotradas en la mampostera del mismomuro. Delante de la compuerta, sobre la mamposterase dejarn muescas especiales para colocar agujas demadera en caso de descompostura de la compuerta. Elacceso al mecanismo elevador se recomienda se hagamediante un pedrapln colocado a mano.

El conducto puede ser de concreto reorzado, precola-

Estructura

de Rejillas

Canal

de

acceso Tuberia

Dentellones

CORONA, ELEV.

Estan

queamortiguador

Caja de

Vlvulas

0+000

PERFIL NATURAL DEL TERRENO

N.A.M.E

N.A.N.

TALUD

TALUD

2.5:1

2.5:1

30

ELEV.

o+ o

+

Figura 6. Obra de toma tipo tubera a presin y vlvulas.


11/21

11

N.A.M.E

N.A.N.

Transicinde salida

Corona, Elev.

Tuberia

Longituddela tuberia

DentellonesCanalde

Acceso

MATERIALIMPERMEABLE

Figura. 7. Obra de Toma tipo muro de cabeza.

do o colado en el lugar de la obra, con dimetro mni-mo de 0.61 metros(24), alojado preerentemente enuna zanja abierta en el terreno natural, para evitar asen-tamientos y provisto de dentellones de concreto, conespaciamiento y dimensiones necesarias de acuerdocon la longitud de la trayectoria de ltracin necesaria.La descarga del conducto de la obra de toma se hace auna caja de mampostera con altura necesaria para evi-

tar el derramamiento del agua y de ella saldr el canalo canales de riego. La descarga tambin se podr hacermediante transicin reglada, ligando directamente elconducto con el canal de riego.

El tipo torre y galera de obra de toma, se conormacon una torre, que podr quedar al inicio, en medio oal nal del conducto, que comnmente este ue partede la obra de desvo, por lo cual la magnitud es mayorque para lo que se requiere para la obra de toma, por loque orma una galera, que por lo general trabaja comocanal. Inicia en un canal de acceso, y dependiendo si latorre se encuentra al inicio, en medio o al nal del con-

ducto, se tendr la conormacin, respectiva, esto es sise encuentra al inicio, iniciara con estructura de rejillas,a continuacin una compuerta deslizante, que servirde emergencia y da acceso al interior de la torre don-de al nal se encuentra otra compuerta deslizante quesirve de operacin; si la torre se encuentra en medio, oal nal la obra se iniciara con una estructura de rejillas,y en la torre se conormaran dos espacios, para ubica

las dos compuertas una de emergencia y otra de opera-cin.

En aquellos casos en que por carencia de piedra no seaeconmico construir la obra de toma de mampostera,se har con una torre de concreto reorzado, provistade escotaduras para agujas y compuerta deslizante obien, con dos compuertas, una de emergencia y otrade servicio. La seccin interior de la torre tendr comomnimo 1.00 de cada lado, cuadrada, e interiormente secolocar una escala marina para permitir el acceso parasu inspeccin y mantenimiento.

N.A.M.E

Rejilla

Torre

Canal de acceso

Tanqueamortiguador

Transicin

de entradaConducto Transicin de salida

Puente de acceso

Cortina

s

Fig. 8. Obra de toma tipo torre y galera.


12/21

12

Para disear la obra de toma primeramente se debe te-ner el Gasto Normal (Qn) de la demanda que, en uncinde la supercie de riego, se pueden considerar los si-guientes Coecientes Unitarios de riego (Cur); a menosque se tenga un estudio especco sobre este aspecto:

En base a coecientes unitarios de riego (Cur

)

Supercies (en ha) Cur

(en lps/ha)

< 100 2.5

De 100 a 1200 1.75

De 1200 a 2000 1.41

De 2000 a 10,000 1.16

> 10,000 1.0

GASTOENm/seg.

SUPERFICIE DE RIEGO EN HECTAREAS

TIERR

A

REVEST

IDODE

CONC

RETO

Utilizacin de grcas

N.N.A.= Nivel Normal del Agua en el canal para gasto normal (Qn)

Hmx

Hmn

N.A.M.E.

N.m.o.

N.N.A.

Sumerg. min. = 25 cm dmx d

Hlim

Limitadorde gasto

D

Figura.9. Grfca superfcie gasto

Clculos hidrulicos.

Figura.10.Elementos para el diseo de la obra detoma.

Diseo Hidrulico de Obras de Toma para PresasPequeas.

El diseo hidrulico de obras de toma es el proceso median-te el cual se obtiene el dimetro (o tamao) del conducto,el cual es determinado por iteraciones en uncin del gasto

de extraccin normal (Qn) y del almacenamiento mnimode operacin (Am), bajo el siguiente procedimiento:

1. Se obtiene el Nivel mnimo de Operacin Inicial (N.m.o.i)determinando previamente el valor del almacenamientomnimo de operacin (Am) y obteniendo su cota respectivaen el vaso, entrando en la grca Elevaciones-Capacidades,as:

Am = CM

+ 0.1 Cu ---------- (8)

Figura. 11. El N.m.o. en la grfca Elevaciones Capa-cidades.

N.A.M.E.

N.A.N.

N.m.o.i.

Cota O. de T.

CAPACIDADES

ELEVACIONES

Vol.

Am

CM

Cu

0.1 Cu

2. Se supone un dimetro comercial, o un tamao construi-ble, del conducto en la obra de toma: un pequeo dime-tro D, exige gran carga y un gran dimetro D, exige peque-a carga.

3.Se obtiene la velocidad media, determinando previa-mente la seccin transversal del conducto:

V= Q/A 1.5 m/seg; para evitar azolvamiento del conducto.

4.Se obtiene la carga mnima de operacin, mediante larmula:

Donde: kx= suma de parmetros de prdidas de carga lo-

calizada.

Las prdidas de carga localizadas, pueden ser:

a) Rejilla: -----------------------hr= k

rv

2/2g

b) Por entrada: ------------------ he

= ke

v2/2g

c) Por vlvulas(o compuertas):-----hG= k

Gv

2/2g

d) Por cambio de direccin:--------hC= k

Cv

2/2g

e) Por salida: ------------------- hS= k

S(v-v

C)2/2g---....... etc.

)0.1(2

2min

D

Lf

xk

g

vh (9)


13/21

13

Para determinar el valor de (actor de riccin), se puedeusar la expresin de Swamee-Jain, para Re> 4000:

5.Se determina el Nivel mnimo de operacin:

N.m.o.= N.N.A.canal

+ hmn ------ (11)

Figura 12. Esquema de la Obra de toma y los ele-mentos para el diseo.

6.Se compara el N.m.o. con el N.m.o.i.

Debe ser prcticamente igual (si es mayor se aumenta eldimetro D -o tamao del conducto) hasta satisacer estacondicin.

7.Se disea la seccin normal del canal (Qn, s y n), obte-nindose la cota de inicio mediante:

Cota Inicio Canal=Elev.N.N.A.-d = N.A.mn+D+0.25-d ------------- (12)

8. Se determina el gasto mximo de la O. de T. por tanteos.

a) Se obtiene: hmx= Elev. N.A.M.E.- Elev.N.N.A.

b) Se obtiene: Qmxinic

c) Se circula este gasto por la seccin normal diseada,obtenindose as el valor de dmx

i.

d) Se determina el incremento de la carga de operacinde la O. de T.: h = dmx

i d

e) e) Se obtiene la carga mxima real:

Hmx=Elev.N.A.M.E.-(Elev.N.N.A.+ 0.9h)

(10)

2

9.010 Re74.5

7.3log

25.0

D

f

N.A.M.E.

N.N.A.

N.m.o.i.

Cota de Inicio

Estanque Amortiguador

N.A.min.

N.m.o.

Sumergencia Mnima

Valvulas 100% abiertas para ambos niveles

Hmx Limitadorde gasto

ddmx

Llim

H lim

hmn

25

D

Lf

hmxgAQmx inicinic

xk1.0

2

3

) Se determina el gasto mximo real (Qmx), sustituyen-do Hmx por hmx

ien la ormula del inciso (b).

g) Se circula este gasto (Qmx), por la seccin normal dise-ada, obtenindose dmx.

9. Se disea el limitador de gasto, ubicado aguas debajo dela obra de toma.

a) Se determina la carga del limitador:

Hlim

= dmx

- d

b) Se selecciona el coeciente del limitador:

Si es un vertedor tipo cimacio:

C = 2.0 m1/2/seg

Si es un vertedor tipo lavadero:

C = 1.45 m1/2/segc) Se obtiene el gasto del limitador:

Qlim

= Qmx

Qn

Figura. 13. Elementos geomtricos del limitador degasto.

d) Se determina la longitud del limitador, es convenienteacompaarlo con una pantalla aguas abajo:

Debe evitarse que la obra de toma y el vertedor quedenalojados en la misma margen, para evitar obras de cruce,de elevado costo.

IV. Construccin de la obra.

Tomando como base el proyecto eectuado de laobra se procede a su construccin, para lo cual se debernconsiderar una serie de recomendaciones, las que se mues-tran a continuacin:

Aspectos generales de construccin.

A continuacin se da en orma breve una secuencia sobrelas actividades por ejecutar en la construccin de una pe-

Hlim

Llimdmxd

LB

Maquinaria yEquipo

MotoescrepasTractores D-7Camin PipaCamin de volteoCargador FrontalRodillo Pata de cabraPalas, Picos Etc.


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14

quea presa de terraceras, haciendo hincapi en aquellosaspectos en los que hay que tener mayor cuidado en suejecucin.

Se construir o acondicionar el camino de acceso desdela carretera ms cercana al sitio de la obra. Generalmentela misma maquinaria destinada a la construccin de la pre-sa es utilizada en estas labores. De preerencia este cami-no deber construirse con un ancho mnimo de 7 metros ypendientes no mayores de 1%.

Se pueden atacar tambin los caminos de acceso a los ban-cos de prstamo de los materiales que se utilizarn en elterrapln. Estos caminos, durante la construccin, deberntenerse en buen estado de conservacin con el objeto detener un mayor rendimiento del equipo y una menor con-servacin del mismo.

Simultneamente, es conveniente proceder al montaje de

las instalaciones para residencia, bodega y taller. Localizn-dolas estratgicamente con relacin a las estructuras de lapresa; en cuanto se reere a visibilidad, y que no intereranlos accesos de trabajo.

En algunas ocasiones, es necesario contar con un pequeopolvorn, el cual debe ubicarse uera de las zonas de traba-

jo o habitables. Se recomienda generalmente no tenerlo auna distancia menor de 1 kilmetro del sitio de la obra opoblados vecinos.

Una vez concluidos los trabajos anteriores podrn iniciarselos relativos a desmontes, tanto del rea donde se ubicar

la presa, vertedor y obra de toma, como la de los bancos deprstamo.

Dado que la supercie por desmontar, para este tipo deobras, es casi siempre pequea, se utiliza el tractor con cu-chilla normal para su ejecucin. Ya desmontada la super-cie, que marcan las trazas del proyecto, con un margenadicional mayor, se est en posibilidad de iniciar las ex-cavaciones para desplante de cortina, vertedor y obra detoma. Estas excavaciones tienen por objeto remover todosaquellos materiales indeseables para cimentar las estruc-turas de la presa. Por lo que se reere a la cortina, estasexcavaciones casi siempre se realizan con tractor, el cual

desplaza el material, que haya necesidad de remover, uerade las trazas del terrapln y deje una supercie libre para elacceso libre de la maquinaria que posteriormente colocarlas terraceras.

Durante el proceso de estas excavaciones y en uncin delos materiales que vayan apareciendo, se determinar has-ta qu proundidad se tienen que eectuar el nivel de des-

plante del terrapln. Para lograr lo anterior, muchas veceses necesario auxiliarse con la excavacin de pozos a cieloabierto; para conrmar la no existencia de estratos permea-bles o cauces sepultados que, en un momento dado, habrque interceptar ya sea con la totalidad del ncleo imper-

meable, con trincheras o dentellones.Una vez denida la elevacin del desplante y sobre todocuando aparece en parte o en la totalidad de la superciede cimentacin roca ja, se tendr que eectuar a manoun amacise del material fojo o alterado. Eectundose elamacise, en algunos casos con la rompedora neumtica, yaque el uso de maquinaria pesada, propiciara la trituracino resquebrajamiento del material de desplante impermea-ble.

Programa de trabajos

La realizacin de toda obra requiere que sea materializada

conorme un programa constructivo previamente medita-do y acorde a las caractersticas especiales de la estructu-ra, tanto por la tcnica con la cual requiere ser construida,como por el tiempo en que se ha planeado su terminacin.

En el caso especial de la construccin de presas de almace-namiento de terraceras, este programa constructivo tomaespecial relevancia, en virtud de que la estructura tiene queejecutarse sobre una corriente sujeta a escurrimientos va-riables y que en un momento dado, una mala programa-cin de la ejecucin de los trabajos, puede traer como con-secuencia la destruccin de lo ejecutado, daos materialesy en ocasin hasta prdida de vidas cuando existen comu-

nidades aguas abajo de la obra. Por tal motivo, dentro delPrograma Constructivo, el control y manejo del ro requierede una especial atencin.

Es muy importante aclarar, que la ejecucin de la obra den-tro del tiempo programado, depende de que las decisionestcnicas inherentes a este tipo de estructuras sean toma-das oportunamente. Como ejemplo de estas decisionestcnicas se pueden citar entre otras las siguientes: denirhasta dnde se deben proundizar las excavaciones para eldesplante de la cortina, obra de toma y vertedor, as comoel retiro de los materiales indeseables para la cimentacin.Lo cual, en la mayora de las ocasiones, se dene por de-

ciencias en los estudios de exploracin o por cambios geo-lgicos imprevisibles.

Indicar qu tratamiento o preparacin hay que darle a lasupercie donde se desplantarn las estructuras, en un-cin de la dureza del material o bien por las irregularidadesque presenta la excavacin.


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15

Denir el nmero de pasadas que hay que dar con el equi-po disponible a las terraceras, para lograr la compacta-cin requerida (93 a 95 %), lo cual se logra generalmentehaciendo terraplenes de prueba. En el proceso construc-tivo y por deciencias en la explotacin de los bancos de

prstamo, muchas veces se requiere hacer cambios en lostaludes de las terraceras; por haber variado las propieda-des mecnicas de los materiales que se estn explotando,con relacin a las consideradas en el diseo y determina-das en los estudios de Mecnica de Suelos, o bien porquela potencialidad de los bancos de prstamo de material esmenor que la supuesta y no resulte ya econmico trans-portar ese material a distancias muy grandes, teniendoalgn otro tipo de material ms cercano que pudiera uti-lizarse mediante la variacin de los taludes de la cortina ode las zonas que lo integran.

La proundidad que hay que dar a trincheras o dentello-

nes (para la cortina, vertedor y obra de toma), cuando setienen estratos permeables adyacentes que hay que in-terceptar, requiere que el ingeniero residente tenga unapreparacin adecuada para tal objeto, o se implementeuna ocina regional que atienda este tipo de problemas.

El programa constructivo para estas presas, debe elabo-rarse en una orma muy simplista, partiendo de los vol-menes por ejecutar, la produccin del equipo que se dis-pone, echa de iniciacin, perodo en que se presentan laslluvias, etc.. Dando un orden a las actividades por ejecutaren las dierentes echas, mediante una secuencia lgica,no olvidando el manejo o desviacin del ro.

Este programa generalmente se ormula por conceptosde trabajo, representndolo grcamente por medio deun diagrama de barras, marcando claramente el perodode ejecucin para cada uno de los conceptos, los rendi-mientos diarios que hay que producir, para terminar laobra en el tiempo planeado. As como los precios unita-rios e importe de cada concepto, para nes de control deerogaciones.

La vigilancia de ejecucin de la obra, dentro del progra-ma, se verica mediante estimaciones semanales; con elobjeto de ir cuanticando en todo momento su avance yestar en posibilidad de tomar las acciones necesarias paraacelerar el ritmo de construccin de aquellos conceptosde trabajo que se hayan retrasado.

La responsabilidad de vigilar el cumplimiento del progra-ma corresponde a la supervisin o residencia, as comotambin, la ormulacin de estimaciones para el pago delos trabajos ejecutados.

Organizacin de los trabajos.

El costo de un ncleo de maquinaria que se requiere parala construccin de una pequea presa de terraceras, conrelacin a los volmenes por ejecutar, as como los cargospor fetes para su movilizacin y el costo de los tiempos

muertos, obliga a programar la construccin de este tipode obras, en serie y de preerencia dentro de una mismazona o regin, ya que en cierta ase constructiva, es posibleliberar algo de equipo.

La supervisin o residencia debe contar con el personalnecesario para atender los aspectos de lneas y niveles delproyecto, lo cual se logra generalmente con una brigadatopogrca. Adems requiere de un laboratorista y 6 auxi-liares que estn determinando el grado de compactacindel terrapln, y tomando cilindros de muestra de los con-cretos y morteros. Este personal deber adems vigilarel control de humedad del material impermeable, el cual

debe estar alrededor de la ptima, el espesor de capa de lasterraceras, la calidad de los materiales y dosicaciones demorteros y concretos.

Figura. 14. Ilustracin de un proceso de compacta-cin con rodillo pata de cabra.

Para estas pequeas presas el equipo de laboratorio re-querido es nmo, de bajo costo en relacin al monto deinversin en la obra, y consta bsicamente de lo siguiente.Para terraceras: medidor volumtrico, esptulas, charolas,balanza de torsin, horno, cpsulas, equipo proctor, tami-

ces, bsculas, etc.. Para morteros y concretos: moldes paracilindros, cono para prueba de revenimiento, varilla de 5/8"de 60 cm de longitud, probetas, crisoles, moldes para mor-tero, mallas, etc..

Cuadro 1. Revenimientos que se recomiendan segn el ele-mento estructural a colar.


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Tipo Colado Flidez Revinimiento en centimetros

Mnimo Mximo Promedio

Presas, pilas de puen-

tes, cimientos, rellenos

pavimentos

Seca 0 8 4

Losas, trabes y muros

de seccin grande

Plstica 8 12 10

Columnas, muros y

ormas de seccin re-

ducida, con gran can-

tidad de reuerzos y de

dicil acceso

fuido 10 20 15

Para que el control de colocacin del material impermea-ble sea eectivo, se deber tomar un mnimo de 3 calasdiarias, o bien, una cala por cada 500 metros cbicos co-

locados, teniendo cuidado de que estas no sean tomadasa espesores mayores de un metro de terrapln. Cuando serequieran respaldos se deber tomar una cala para deter-minar el peso volumtrico seco con que se vienen colocan-do, por cada 2,000 m3 de material, teniendo en cuenta norebasar 1 metro de espesor de terrapln. Dado que en estasobras los concretos y mamposteras que intervienen en elvertedor y obra de toma cuyos volmenes por ejecutar, ge-neralmente son reducidos, el control de calidad tanto demorteros como de concretos, se har mediante la toma de4 cilindros por turno de trabajo, para tronarse dos a los 7das y otros dos a los 28 das de colocado. Estos cilindros semandarn probar al laboratorio de alguna institucin o-

cial o de alguna acultad prxima a la presa.

La superintendencia, encargada bsicamente del aspectoproduccin de las cantidades de trabajo, debe contar comomnimo con el siguiente personal:

1 Superintendente1 Encargado de control de costos1 Almacenista1 Mecnico Diesel y ayudante1 Soldador1 SobrestanteOperadores de maquinaria

2 Albailes6 ChoeresPeones en general

Para la atencin de los trabajos tanto de residencia y su-perintendencia, se deber disponer en el sitio de la obra deuna ocina, un almacn y un taller, las cuales casi siempre,en este tipo de obras, son desmontables.

Como maquinaria mnima indispensable para la construc-cin de estas pequeas presas, cuando el banco imper-meable de construccin se encuentre a no ms de 1.5 Kmde acarreo es el siguiente:

2 Motoescrepas autocargables2 Tractores D-71 Camin Pipa1 Cargador rontal4 Camiones de volteo1 Rodillo Pata de cabra1 Riper o arado1 Compresor con equipo de barrenacin2 revolvedoras (1 saco).

En caso de no contar con motoescrepas autocargables serequerir un tractor D7 adicional, y cuando el banco deprstamo se encuentre mas all de 1.5 Km, ser conve-niente que en lugar de las motoescrepas autocargables sesustituyan por dos cargadores rontales y 16 camiones devolteo.

Operacin y mantenimiento.

La operacin de este tipo de obras, cuando se tiene unaobra de toma, exige que se maneje de acuerdo a la deman-da que se vaya dando, en uncin de las cabezas de ganadoa atender, as como de los cultivos y supercie establecidosen la zona de riego. En caso de satisacer nada mas al abre-vadero de ganado, sin tener supercie de riego alguna, nolleva mas acciones de operacin que permitir el acceso de

las cabezas de ganado a la zona del vaso o en bebederosaguas abajo.

El mantenimiento de la obra consistir en mantener encondiciones normales de uncionamiento todos los com-ponentes que integran la obra, desyerbando permanente-mente las partes de la obra para evitar el crecimiento deplantas, el conservar todos los componentes metlicosdebidamente pintados con pintura anticorrosiva, as comoengrasar y lubricar las partes movibles de la obra de toma,como compuertas o vlvulas.

Costos asociados.

Para este tipo de obras, es necesario que la superintenden-cia lleve un control de los costos de construccin de losdierentes conceptos de trabajo, de tal orma, que sirvande base para modicar el procedimiento constructivo o encaso de notarse un alto valor en alguno de estos conceptosse mejore la utilizacin del equipo y sus rendimientos. Tam-bin para que se mejore la programacin del equipo para


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17

Costosde la

obra

Insumos

Internos

Externos

PiedraArenaGrava

Mano deobra Familiar

Contratada

CementoImpermeabilizante

Tubera PVCy accesoriosCerca

Maquinaria y

Equipo

MotoescrepasTractores D-7Camin PipaCamin de volteoCargador FrontalRodillo Pata de cabraPalas, Picos Etc.

evitar tiempos muertos, su utilizacin con el mximo ren-dimiento, la preparacin del personal que opera, mantieney repara el equipo de construccin, el suministro oportunode reacciones, combustibles y lubricantes. En la construc-cin de estas pequeas presas debe buscarse abatir los pre-

cios unitarios y se maximice los volmenes de terracerascon relacin a los volmenes almacenados.

Ejemplo de clculo.

Se tiene un sitio ubicado en la parte alta de la regin hi-drolgica del Balsas, donde se desea construir un bordo dealmacenamiento con nes de abrevadero y pequeo riego,se solicita eectuar el proyecto de dicho bordo para lo cualse tiene:

Ac= 200 Ha = 2 Km2

pm=850 mm

Ce=0.12

Kapr

=0.6

Ev=1.05

QAV.MAX.

= 3.1 m3/seg (met. Secc. y Pend.); F= 0.45 Km

Inormacin topogrca para la Curva reas Capacidades:

Elevacin (m) rea (m2) Capacidades (enm

3)

1270 100.0 ---

1271 730.0 415.0

1272 2,810.0 2,185.0

1273 5,830.0 6,505.0

1274 11,750.0 15,295.0

1275 19,750.0 31,045.0

1276 28,280.0 55,060.0

1277 40,250.0 89,325.0

1278 49,390.0 134,145.0

1279 60,000.0 188,840.0

Solucin:Primero se construye la curva reas y Capacidades contraelevaciones:

A continuacin se determina el volumen escurrido:

Ve=Ce pm

Ac= 0.120.85200104

Ve = 204,000 m3

Considerando un Coeciente de aprovechamiento (Kapr

) de0.6, el volumen aprovechable es:

Vapr

= Kapr

Ve =0.6204,000 =

Vapr

= 122,400 m3

Figura. 15. Grfca Elevaciones reas Capacidades


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18

Entrando a la curva de reas Capacidades, se determina laCapacidad Total de Almacenamiento, resultando que:

CTA

= 112,000 m3, que se ubica en la cota 1,277.50m.s.n.m.(N.A.N.), siendo esta la cota donde se ubicara lacresta de la obra de excedencias, arrojando un rea de em-balse de 4.5 ha, segn la Figura 15.

La capacidad de azolves se calcula con:

Caz

= Kaz

Nu

Ve=0.001525204,000=7,650 m3, adicionandoa esta la capacidad para cra de peces como 2,350 m3, setoma como capacidad muerta a:

CM = 10,000 m3, que al llevarse este a la curva ElevacionesCapacidades se ubica el N.A.min. en 1,273.40 m, cota a laque se ubicara la base de la obra de Toma, arrojando unrea de embalse de 0.8 ha, segn la Figura 15.

La capacidad til, es:

Cu= CTA

- CM

Sustituyendo valores:

Cu = 112,000 10,000= 102,000 m3

Cu = 102,000 m3, vericando la segunda restriccin

hidrolgica, a travs de la Cuc= Vapr/Ev= 122,400/1.05=116,571m3, entonces como: Cu < Cuc, esta bien.

Considerando un 10% de la CTA

, como prdidas por evapo-racin e inltracin, el Volumen til es:

Vu = Cu Vper

= 102,000-11,200= 90,800 m3

Este volumen es el que se destina integramente a los be-necios, tanto para abrevadero como para una pequeasupercie de riego.

Determinacin de las capacidades de abrevadero y riego.

El volumen til destinado para abrevadero y riego depen-der del tamao y proundidad de la construccin y delvolumen de los escurrimientos que se encaucen hacia elalmacenamiento. El primero esta supeditado al coecientede agostadero, al tamao de los potreros y a otros acto-

res limitativos. Dentro de los aspectos que deben consi-derarse para determinar el volumen til para abrevadero,pueden mencionarse, entre otros, la precipitacin pluvial,coeciente de escurrimiento, los que ueron consideradospara el abastecimiento, cantidad de ganado, terreno sobreel que se construye, prdidas por ltracin y por evapora-cin, etc.

El nmero de cabezas que pueden pastar en un potrero, esdeterminado por la cantidad de orraje que en l se puedaobtener; ello condiciona, en gran medida, el tamao delabrevadero, tomando adems en consideracin la distan-cia que el ganado tiene que cubrir de los pastizales a los

aguajes, condicin muy importante para que no pierdanms de las energas necesarias.

El nmero de cabezas est determinado por la siguienteexpresin:

a

2

a

c

C

d100n

(1)

En la que:nC

= Nmero de cabezas, da = Distancia mximaen Km que puede recorrer el ganado para abrevar; 16 Kmpara una cabeza de ganado mayor y 8 Km para una cabezade ganado menor; y Ca = Coeciente de agostadero, expre-

sado por el nmero de hectreas que son necesarias paramantener una cabeza; 10 ha/cab. en donde predomina elmezquite y 20 ha/cab. en donde predomina la gobernado-ra y pastos naturales. El actor 100 resulta de convertir Km2en hectreas.

Para determinar la capacidad necesaria de un abrevaderose puede emplear la siguiente rmula:

en la que:

Va

= Volumen til para abrevadero en m3

Dd

= Dotacin diaria de agua por cabeza de ganado en lt.

Td

= Tiempo en das que se considera que el ganado to-mar agua en el abrevadero(en el tiempo de lluvia tomanagua en cualquier depsito o charco).

P = Coeciente de prdidas, originado en la ltracin oevaporacin.

da

y Ca

= tienen el mismo signicado anterior.

Ejemplo de aplicacin de la rmula.

Para la regin donde se ubica el sitio, considerando queexisten pastos naturales y gobernadora, se toman los si-guientes valores para los elementos de la ecuacin para elvolumen de un abrevadero.

(2)

a

C

PTD2

ad0.1

aV

dd


19/21

19

da= 2 Km

Ca

= 10 ha / Cabeza

Dd

= 40 l/da / Cabeza

Td

= 300 das/ao

P = 1.3 (30% de prdidas por evaporacin o inltracin)

Va

= 1,961 m3

Si el depsito se va a alimentar con agua de escurrimientoque tiene su origen en la lluvia y tomando en consideracinque en muchos lugares se presentan aos en que pocollueve, es conveniente duplicar la capacidad del depsitopara aprovechar el agua de los aos lluviosos, y asegurarcuando menos un ao de escasa precipitacin pluvial. Por

lo tanto, el volumen til necesario para abrevadero en elejemplo que se desarrolla, deber ser de 3,950 m3.

Puesto que los campesinos generalmente se dedican a ac-tividades mixtas, es decir, a la agricultura y a la ganadera,es conveniente estudiar la posibilidad de que los abreva-deros cumplan estas dos unciones. Lo anterior se logramediante el riego de supercies de cultivo actibles deirrigacin, siempre que el rea sea sucientemente grandepara no elevar demasiado los costos por cada hectrea queimplican las obras de riego.

Vab

r = 3,950 m3

Vrgo= Vu Vabr = 90,8003,950 =

Vrgo

= 86,850 m3

Considerando un Volumen bruto para medio riego -Vbmr-(riego de auxilio) de 5,000 m3/ha/ao

La supercie de riego, es:

Sr = Vrgo

/Vbmr

= 86,850/5,000=

Sr = 17.40 ha, se dejan 17 ha, lo que hacen un volumen til

necesario para medio riego de: 85,000 m3, dejndose en-tonces 5,800 m3 para abrevadero.

Las cantidades necesarias para una cabeza de ganado ma-yor es de 15 m3/cabeza/ao y para una de ganado menores de: 6 m3/cabeza/ao, por lo que los 5,800 m3, se reparten

en 300 C.G.M. y 215 c.g.m.

3

2

am961,1

10

3.13004021416.31.0V

Volumen de abrevadero= 30015 + 2156 = 4,500+ 1,290 =5,790 m3

Diseo de la obra de excedencia.

Este proceso exige la determinacin de la avenida mxima,basados en el estudio hidrolgico, para el presente casohabindose eectuado su valor por el mtodo de secciny pendiente que dio un gasto: Q = 3.1 m3/seg, el cual seva a comparar con el de la envolvente de Creager, que alestar ubicado el sitio en la parte alta de la cuenca del Balsas(regin 7B), que para la supercie de la cuenca de 2 Km2,se obtiene un coeciente de: q = 9.28m3/seg/Km2, que almultiplicarse por el rea de la cuenca, resulta:

Q= Ac q=2 9.28=18.56 m3/seg, pero este valor es para lascorrientes principales, que tenindose una determinacinpuntual por el mtodo de seccin y pendiente, y ante laincertidumbre en su determinacin se incrementa un 50%este ltimo, que a la vez representa el 25% de la calculadapor el mtodo de las envolventes de Creager, tenindoseas el gasto de avenida mxima:

QAV.MAX.

= 3.11.5 = 4.65 m3/seg

Figura. 16. Grfca de las envolventes de Creagerpara la regin hidrolgica del Balsas.

Considerndose que el tipo de obra de excedencias es La-vadero (C = 1.45 m1/2/seg), proponindose una carga de HV=0.3 m:

Q = C L HV3/2

, despejando la longitud se tiene:

L = Q/CHV3/2 = 4.65/(1.450.31.5)=19.52 m, se redondeaesta al metro siguiente:

L = 20.0 m

Por lo que el N.A.M.E.=Elev. N.A.N. + HV = Elev. 1,277.50 + 0.3= 1,277.80 m, con un rea de embalse mximo de 4.78 ha.


20/21

20

El libre bordo, como el etch es de 0.450 Km(< 1.6 Km), seconsidera: L.B.=1.0 m, segn el cuadro anexo a la Figura. 2.

Quedando la altura mxima de la cortina, en:

HMAX

= HNAN

+ Hv + L.B. = (Elev. 1,277.50 Elev. 1,270.00)+

0.3+1.0=8.80 m

HMAX

= 8.80 m; La Elev. Corona=Elev.Fondo Cauce+HMAX

=Elev. 1,270.00+8.8 = 1,278.80

Segn el cuadro de la Figura 3, para HMAX

= 8.8 m, se tieneun ancho de corona de C=4.50 m, y taludes: t

1= 2.5 y t

2=

2.5, valores de la seccin que deben ser vericados por ellaboratorio de Mecnica de suelos.

DISEO DE LA OBRA DE TOMA.

Se considera una obra de toma del tipo tubera a presiny vlvulas a la salida, para lo cual tomando en cuenta quela supercie de riego (Sr), son 17 ha, el gasto normal porextraer por la obra de toma, segn el Cuadro de coecien-tes unitarios de riego, mostrada adjunta a la Figura 8, Cur= 2.5 lps/ha, por lo que se tiene:

QN= C

urSr = 2.517 = 42.5 lps; Q

N= 0.0425 m3/seg

Y para eectuar el proceso de diseo se requiere el N.m.o.i,

el que se determina con el almacenamiento mnimo,dado por:

Am = CM + 0.1 Cu = 10,000+0.1102,000= 20,200 m3

Entrando con este valor a la grca Elevaciones Capacida-des se obtiene:

N.m.o.i= 1,274.40 m, este nivel permitir probar que el di-

seo de la obra de toma se encuentra correcto.

Se calcula el dimetro necesario en pulgadas con el gastoen lps:

D= , el siguiente dimetro co-mercial de tubera, es el de 8(0.203 m), proponindoseun material de PVC.

Se determina la velocidad media en el conducto:

v=QN/A= 0.0425/(0.78540.2032)=1.311 m/seg < 1.5 m/

seg, pero se acepta ya que si se baja al siguiente dime-tro comercial, la carga mnima de operacin se aleja con-siderablemente del N.m.o.

i, aparte de que como es PVC

las posibilidades de azolvamiento se reducen por el bajocoeciente de rugosidad.

"52.65.42 NQ

La carga mnima de uncionamiento, segn la ecuacin(9),es:

Se toma a la rugosidad absoluta para PVC nuevocomo:=0.003 mm, y la rugosidad relativa, es: /D=0.003/203.2=0.00001476; el numero de Reynolds, consi-derando una temperatura de 20C, =1.0110-6m2/seg, es:Re=vD/ =1.3110.203/1.0110-6 = 263,490; Re=263,490,por lo que sustituyendo en la ec. (10), se tiene:

La suma de los parmetros de prdida de carga localizada,observando la g. 6, se toma a la Obra de Toma conorma-da con: rejilla(K

r), entrada redondeada(K

e), vlvulas-2- (K

G)

y codo al nal del conducto (KC), es:

kx

= kr+k

e+2K

G+k

C+k

s= 0.05+0.23+2(0.060.203-0.37) +0.25

+(1.311-0.4)2/19.62 = 0.53+0.216+0.0426 = 0.7886;

kx

= 0.789

La longitud de la tubera se calcula con:

L=(Elev.Corona-Elev.N.A.min.+D/2)(t1+t

2)+C=

(Elev.1,278.80-Elev.1,273.40 +0.2032/2)(2.5+2.5)+4.5=5.50165+4.5=32.008m

= 0.08764.1345 = 0.362 m; hmin

=0.362 m

Para el N.m.o. se considera que la descarga de la tubera esa un canal, tal como se muestra en la Fig.10, as es:

N.m.o. = Elev N.N.A.canal

+hmin

Elev N.N.A.canal=Elev. N.A.min.+D+Sum=Elev. 1,273.40+0.2032+0.25=1,273.853

N.m.o. = Elev.1,273.853+0.362= Elev. 1,274.215

Como el N.m.o. es poco menor que el N.m.o.i, se considera

bien diseada la Obra de toma, con la nica deciencia enla velocidad mnima, ya que el siguiente dimetro comer-cial hacia abajo incrementa notablemente la h

min.

2

9.0

5

10490,263

74.5

7.3

10476.1log

25.0

f

2

9.0

5

10490,263

74.5

7.3

10476.1log

25.0

f

=


21/21

21

A continuacin se disea el canal con el gasto normal, de-jando satisechas las exigencias de:

a) Relacin plantilla-tirante, b) d > dc y c) vmin

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