06 Presas de Tierra Compactada

8/18/2019 06 Presas de Tierra Compactada

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“SECRETARÍA DE AGRICULTURA,GANADERÍA,

DESARROLLO RURAL,PESCA Y ALIMENTACIÓN”

Subsecretaría de Desarrollo Rural

Dirección General de Apoyos Para el Desarrollo Rural

Presas con cortinade tierra compactada

para abrevadero ypequeño riego


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Presas con cortina de tierra compactada para abrevadero ypequeño riego

Introducción.

Para poder aprovechar el recurso hídrico, con el n de sa-tisfacer los diferentes benecios, en un país donde la llu-via es insuciente, se requiere necesariamente de la infra-estructura de aprovechamientos hidráulicos, que se va adistinguir acorde a la fuente de abastecimiento de agua,que puede ser supercial o subterránea. Para la super-cial serán presas de almacenamiento para escurrimientosdonde estos se dan asociados a la precipitación; presas de-rivadoras donde el escurrimiento es independiente de laprecipitación y se presenta en pequeña magnitud, y tomasdirectas cuando el escurrimiento es de gran magnitud.

El presente trabajo pretende apuntar algunas considera-ciones sobre la utilización mediante pequeños almacena-mientos denominados bordos de almacenamiento paraabrevadero, cuyo destino principal es para proveer de aguaal ganado y satisfacer las necesidades de cultivos en zonaspequeñas de riego.

Denición.El bordo de almacenamiento con nes de abrevadero esuna obra hidráulica consistente en una pequeña presa concortina de tierra compactada, acompañada de un vertedorde excedencias y una obra de toma para cuando se tienenpequeñas supercies de riego, o cuando el abrevadero se

conforma aguas abajo del vaso.Objetivos.

a)General.Orientar al técnico involucrado en programas de Conser-vación y Uso Sustentable de Suelo y Agua, en aspectosprácticos que le permitan establecer en campo las obrasnecesarias de conservación que se deriven.

b)Especícos.Brindar los elementos técnicos necesarios para el diseño,construcción y operación de bordos de almacenamientode tierra compactada con nes de abrevadero y pequeñoriego con un almacenamiento menor de 250,000 m3.

Benecios.Los benecios que se esperan con un bordo de almacena-miento son el abrevadero de ganado, el riego de peque-ñas 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 épocas deestiaje, ya que sin ellos sería difícil disponer del recurso.

Desventajas de la obra.

Alguna desventaja que se podría plantear respecto a los bor-dos de almacenamiento serían las afectaciones de terrenosque necesariamente tienen que hacerse para disponer de losespacios para la construcción de la obra, otra desventaja seriadesde el punto de vista ambiental que altera el régimen delescurrimiento de un cauce y en cierto momento a la ora yla fauna que se afecta al alterarse el escurrimiento normal delcauce.

Condiciones donde se establece.

Se exigen que se tengan condiciones topográcas, hidroló-gicas, geológicas y de mecánica de suelos. Las condicionestopográcas son necesarias para tener un estrechamientotopográco suciente para conformar la boquilla donde seubique el bordo, así como un valle hacia aguas arriba para

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

Criterio y especicaciones de diseño.Para poder efectuar el diseño de un bordo de almacenamien-to se requiere de un conocimiento previo de las condicionesdel sitio en lo que respecta a la topografía, geología, hidrolo-gía y mecánica de suelos, fundamentalmente 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 construcciónde una obra. Se recaba con los habitantes, el mayor númerode datos referentes a la época de lluvias, magnitud aproxi-mada de escurrimientos de las corrientes por aprovechar,caminos de acceso, localización de probables bancos demateriales, posibles afectaciones de propiedad y sus for-mas viables de resolución, aspectos legales de la obra y be-necios de la misma, etc.

De acuerdo con estos datos y los observados por el inge-niero, deberá determinarse en forma aproximada el sitioprobable de la boquilla, su longitud, capacidad supuestadel vaso, tipo de estructura más adecuado, localización dela zona de riego dominada por la obra y vericación de losdatos proporcionados por las personas del lugar. Deberádibujarse un croquis que indique el sitio de la obra, anima-les beneciados, coecientes de agostadero, zona de riego,cultivos, vías de comunicación, localización de bancos demateriales y cualquier otro dato útil para el proyecto.

II. Estudios1. Estudios Topográcos.

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

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

La conguración 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, según el tamaño de la cuenca.

Otros procedimientos para el levantamiento de lascuencas pueden ser mediante métodos más expeditos.La precisión 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 podrá obtener el

área y forma de los escurrimientos de una carta topo-gráca de INEGI.

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

el área inundada a diferentes alturas de cortina y tam-bién para estimar las pérdidas por evaporación. Antesde iniciar el levantamiento topográco, deberá hacerseun reconocimiento ocular cuidadoso del vaso, locali-zando puntos de referencia que faciliten el trabajo.

A partir de la margen, que observando la dirección delujo en el cauce, se ubica a la izquierda del arroyo o ríose localizará el eje probable de la cortina, monumentan-do sus extremos. Apoyándose en esta línea, que será labase de todos los trabajos topográcos subsecuentes,se iniciará el levantamiento del vaso en la forma quesigue:

Partiendo de uno de los extremos del eje de la cortina,previamente orientado en forma astronómica o magné-tica, se llevará una poligonal con los aparatos respecti-vos, siguiendo aproximadamente la cota del nivel delembalse probable, hasta cerrar la poligonal en el puntode origen. Apoyándose en esta poligonal, se trazaránpoligonales auxiliares a lo largo del cauce o cauces delos arroyos y las necesarias para el trabajo de congura-ción, nivelándose estas poligonales con nivel.

La conguración se efectuará con el aparto respectivo,apoyándose en las poligonales previamente trazadas.Simultáneamente con la conguración, se hará el levan-tamiento catastral para determinar las supercies de laspropiedades inundadas por el vaso.

Los planos deberán dibujarse a una escala convenientey la equidistancia de las curvas de nivel deberá jarse deacuerdo con la topografía del vaso, por lo general a unmetro de desnivel, en caso de terrenos muy accidenta-dos podrá ser de dos metros. Se cubicará la capacidaddel vaso, aplicando el procedimiento de las áreas me-dias, obtenidas con planímetro o electrónicamente. Seconstruirá con estos datos la curva de áreas-capacida-des, la cual deberá dibujarse en el plano. Se incluirá eneste, el perl de la boquilla, indicando sus elevaciones.

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


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eje y empezando en la margen izquierda para la con-guración, se obtendrán 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 topografía suciente en caso de

que sea necesario mover el eje en el proyecto denitivo.En los casos en que por las condiciones topográcasel canal de descarga de la obra de excedencias puedaquedar fuera de la zona anteriormente indicada, se pro-longarán las secciones transversales hacia aguas abajo,tanto como sea necesario para obtener la topografíaque permita efectuar el proyecto total de la estructura.El plano de la boquilla se hará por separado a una escalaconveniente, que permita formarse una idea exacta dela topografía para seleccionar el eje más conveniente ylocalizar las diferentes estructuras.

Por separado debe elaborarse un plano de seccionestransversales que facilite la cubicación de los materialesde la cortina y la formación de la curva masa respectiva.

d) Levantamiento de la zona de riego. A partir deleje de la obra de toma, señalado por medio del cadena-miento en el eje de la cortina, se llevará una poligonalque circunde la parte más alta del área de riego proba-ble. Esta poligonal deberá cerrarse en el punto de par-tida para que analíticamente se determine la superciereal. El plano se dibujará a una escala de 1: 1000, seña-lando los linderos de propiedades existentes, apoyán-dose en poligonales auxiliares si fuese necesario.

e) Localización 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 másaltas de acuerdo con la topografía, para facilitar la locali-zación de las tomas, o bien, de acuerdo con los linderosde propiedad, según ya se indicó.

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

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

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

debe ir unos 20 centímetros por encima del nivel natu-ral del terreno por beneciar, condición que inuye enla pendiente del canal y su trazo. En el caso de canalesde conducción, el canal puede ir totalmente enterrado.

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

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

Se empezará 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 hará el estacado y nivelación del mismo eje queservirá de base para las secciones correspondientes,para el trazo de poligonales auxiliares y para efectuarla liga con el eje del canal de conducción, o de riego.El dibujo en planta, servirá como base para ejecutar elproyecto de la obra.

2. Estudio Geológico.Desde el punto de vista geológico, en estas obras las carac-terísticas de mayor interés para el proyecto y construcciónde las estructuras, son la capacidad de carga del terreno dela cimentación, el grado de impermeabilidad del mismo yel efecto de la humedad sobre los estratos de cimentación,por lo que abarcará los siguientes aspectos:

a) Vasos de almacenamiento. Deberán identi-carse las formaciones de rocas que aparezcan en elvaso(ígneas, sedimentarias o metamórcas) y de serposible las relaciones que existan entre ellas. Deberánobservarse con todo cuidado los recubrimientos dealuvión, de acarreos, los ocasionados por derrumbese investigar toda clase de plegamientos (anticlinales ysinclinales) anotando la dirección del eje de los mismosy examinando particularmente las fallas, de las cuales sedebe apreciar su dirección y echado.

Se pondrá especial cuidado en observar la presencia derocas solubles, yeso, calizas, etc., anotando la extensión


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y lugar que ocupan en el vaso. Además deberá obser-varse todo indicio de fallas o agrietamientos que per- judiquen la permeabilidad del vaso y que puedan pro-ducir una disminución acentuada del almacenamiento;considerando que al existir carga hidrostática en el em-

balse, resulta bastante más fácil producir vías de aguaque posteriormente tienen difícil solución.

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

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

el espesor y condición del citado material. Si la boquillade mejor conguración topográca, no presenta con-diciones geológicas favorables, deberá elegirse algúnotro sitio, que aunque no reúna las mejores condicionestopográcas, pueda aceptarse desde el punto de vistageológico.

En vista de la conguración del terreno y las condicio-nes geológicas debe sugerirse la localización de la obrade excedencias, observando si el canal de descarga ne-cesita o no revestimiento, tomándose en cuenta el po-der erosivo que adquiere el agua al estar funcionandola estructura y la resistencia al desgaste que ofrezca elmaterial descubierto.

La obra de toma procurará localizarse de modo que lazanja en que se aloja la tubería, no tenga una fuerte ex-cavación en roca.

El sitio de los sondeos se indicará en un plano de laplanta de la boquilla, referenciados al eje y con los datosobtenidos se construirá su perl geológico. Se señalaráademás la posición de los bancos de préstamo.

c) Canales. Deben sugerirse los trazos más económicos,evitando cortes en roca o diseños en balcón, hasta don-de sea posible. Cuando así 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 construcción deestructuras. Se evitará que el trazo del canal cruce man-tos permeables.

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

deberán obtenerse muestras de las diferentes clases derocas que puedan emplearse como materiales para laconstrucción 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 hayasufrido alteración o descomposición de sus elementosconstitutivos.

3. Estudio Hidrológico.Se obtendrá el mayor número posible de datos hidroló-gicos que permitan denir el régimen de la corriente poraprovechar, el cálculo del almacenamiento económico fac-tible y la determinación de las condiciones de la avenidamáxima.

a) Precipitación. Se recabarán los datos de precipitaciónque se tengan en las estaciones pluviométricas existentesen el área de la cuenca o cercanas a ella, a n de poderemplear el método de Thiessen o el de las curvas isoyetas,para determinar la precipitación promedio en la cuenca.

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

c) Coeciente de escurrimiento. De acuerdo con elexamen que se haga de la cuenca tomando en consi-deración las pendientes principales, la forma de con-centración de las aguas, la cubierta vegetal existente, lapermeabilidad de los terrenos y algunos otros datos deinterés, se podrá determinar en el campo, el coecientede escurrimiento que deba adaptarse en cada caso par-ticular, bien sea deducido prácticamente, o por compa-ración de cuencas que guarden semejanzas con la quese estudia. En el caso de la falta absoluta de datos, setomará, de acuerdo con las prácticas hidrológicas habi-tuales (S.R.H.), un coeciente de 0.12.

d) Volumen aprovechable de almacenamiento. Deacuerdo con el área de la cuenca, la precipitación y elcoeciente de escurrimiento, se calculará el volumentotal escurrido anualmente y se considerará el 30% deéste, como volumen máximo aprovechable para alma-cenamiento, en caso de no tener información que nosprecise un valor diferente.


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e) Estimación de la avenida máxima. El método quese use dependerá de los siguientes factores:

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

2. De las dimensiones del proyecto y la magnitud de losdaños que ocasionaría el fracaso de la obra.

Considerando los factores 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 inspección de las huellas de aguas máximasen el cauce, en puentes, alcantarillas o en sitios dondela observación sea fácil y perfectamente delimitada. Se

comparará el caudal así determinado, con el que se ob-tenga al tomar un 25% del calculado por medio de lafórmula de Creager, que se expone más adelante. Estecaudal máximo será denitivo si no se dispone de otroselementos de juicio. En caso de poderse obtener los dosvalores, el obtenido en el campo representa en formamás dedigna las condiciones de avenida máxima salvoen caso de estimaciones muy discutibles, quedando acriterio y responsabilidad del ingeniero la elección nal.

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

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

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

La fórmula 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 máxima en m3/segC = valor del coeciente de Creager = 70 (envolvente

para la República Mexicana).A = Área de la cuenca en Km2.

4. Estudios de Mecánica de Suelos.Uno de los factores más importantes que determina la po-sibilidad de construcción de un bordo, es la existencia dematerial adecuado y en suciente cantidad para abastecer elvolumen de terracerías necesario en la obra. En consecuen-cia, debe determinarse con la mayor aproximación que seaposible, la capacidad de los bancos de préstamo que seansusceptibles de explotación, ubicados a distancias económi-cas de acarreos y siempre que sea posible, fuera del vaso.

Teniendo delimitados topográcamente los bancos de prés-tamo, se tomarán las muestras necesarias para su análisis enel laboratorio de mecánica de suelos. Las muestras serán deltipo alterado para el caso de bancos de préstamo, e inaltera-das para determinar las características de la cimentación olas condiciones de un bordo existente, cuando se trate de so-bre elevación de éste se formará un plano con la caracteriza-ción de las bancos de préstamo, indicando su potencialidady referenciados respecto al eje de la cortina, datos que tam-bién pueden incluirse en el plano topográco de congura-ción del vaso o de la boquilla, según las circunstancias de suscaracterísticas de productividad, a simple vista o medianteperforaciones con barreno de suelos o pozos a cielo abierto,que permitan tener una idea de la calidad de los suelos, to-mando como factores determinantes: el carácter del suelo, latopografía, el drenaje y la presencia de álcalis; eventualmen-te pueden tomarse en cuenta otros factores, como el viento,inundaciones, erosión, etc.

III. Diseño de la obra.De acuerdo con los datos obtenidos en los estudios an-tes citados, se procederá a efectuar el diseño de cada unade las estructuras integrantes de la obra, pudiendo servircomo guía, las siguientes normas generales:

Primeramente se dene el almacenamiento, el cual se basa

el proyectista en los estudios hidrológicos y en los estudiostopográcos, 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); pm = precipita-ción media de la cuenca, en m; Ac= Área de la cuenca, en m2.


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

Vapr = K apr Ve --------------- (3)

Este pasa a conformar una restricción hidrológica, que limi-ta a la Capacidad Total de Almacenamiento(CTA), no debien-do esta última rebasar al Vapr, que en función de la capaci-dad del vaso de almacenamiento, dado por la topografíadel mismo, si es mayor, la restricción será exclusivamentehidrológica, pero si la capacidad es menor, pasa a confor-marse una restricción topográca, con lo que queda de-nida la CTA.

A continuación se pasa denir la Capacidad de Azolves,que está en función de la vida útil de la obra, que para pe-queños almacenamiento se consideran 25 años, calculán-dose así:

CAZ= k AZ NA Ve ----------------- (4)

Donde: CAZ=Capacidad de azolves, en m3, k AZ= Coecientede Azolvamiento, adim.=0.0015, para presas pequeñas; NA=Vida útil de la presa, en años =25años, para presas pequeñas.

Con este volumen se dene la Capacidad Muerta (CM), quequeda conformada fundamentalmente por la capacidadde azolves, volúmenes para la cría de peces, recreación,turismo, abrevadero (cuando se va a utilizar el vaso paraabrevar), etc., siendo:

CM= CAZ + Vcp+ Vr + Vt + Vabr

Por diferencia entre las dos capacidades anteriores se de-ne la Capacidad útil: Cu=CTA-CM, la que se limita a una se-gunda restricción hidrológica denominada Capacidad ÚtilCalculada (CUc), 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 fun-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 mí-nimo), dado por la CM, y que para el caso de irrigación o deabrevadero aguas abajo de la obra, dene la cota de la obrade toma. El diseño del vertedor determina el N.A.M.E., y elde la obra de toma el N.m.o.(Nivel mínimo de operación).

Nivel de almacenamiento mínimoNivel de aguas normales = N.A.M.Q.= Nivel de aguas máximas de operaciónNivel mínimo de operación (carga mínima de funcionamiento de la O. de T.)Nivel de aguas máximas extraordinarias.

Carga del vertedor para la avenida máxima de diseño.Libre bordo

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

N.A.M.E.

HL.B.

====

==

C A P . U T I L

N.A.M.E.N.A.N.

Vertedor deCresta libre

N.m.o.

N.A.min

VOL. CRÍA PECES Y OTROS

VOL. AZOLVEZ

VDesagüe de fondo

Obra de Toma

Obra deexcedencias

HL.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 mCAP

Muerta0.1 Cu

Cu (CAP. UTIL) CAP. SOBREALMAC.

E L E V A C I O N E S E N m

0 50 100 150

12000 1 2 3 4 5 6

1250

40

10

20

30

60

70N.A.M.E

N.A.N

C A P A

C I D

A D E S

A R E

A

A R E

A S

C A P A

C I D A

D E S

Figura.1.Representación esquemática de los diferentes niveles de un almacenamiento.


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Para pequeños almacenamientos, según la extinta SRH, elbordo libre se puede tomar como:

a) Cortina.Para pequeños almacenamientos, se empleanpreferentemente cortinas de tierra compactada poradaptarse en la mayoría de los casos a las condicionestopográcas de la boquilla, por su costo relativo bajo,abundancia de materiales a distancias cortas de aca-rreo, exibilidad estructural, empleo de mínimo equipode construcción, fácil conservación, etc.

Como una guía 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 límitesseguros, establecidos desde el punto de vista de esta-bilidad:

A continuación se dene la altura máxima de la cortina, cal-culada con:

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

Donde: Hmáx.=altura máxima de la cortina (desnivel entrela corona y la menor cota del cauce en la zona de la cimen-tación), 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 diseño de la obra de excedencias),y L.B. = libre Bordo, en m = f(marea del viento oleaje delviento, pendiente y características del paramento mojado,factor de seguridad, etc.).

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

(Línea máxima, medida desde la cortina hasta la cola del vaso no necesariamente en dirección normal al eje de la cortina) VASO

Línea 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

mínimo 75 N.AM.E.

Despalme mínimo20

Protección con Pasto

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

Zampeado Secopara protección

T.N.

Estrato Impermeable

RECOMENDACIÓNBORDOS DE SECCIÓN HOMOGENEA(CONDICIONES LIMITE MINIMAS)

350

T T

máximo

TIPO H C T T

MATERIAL ARCILLOSOIMPERMEABLE COMPACTADO

En copos de 20 cms.

C

CL

2:12:1

2.5:12.5:1

2:12:12:1

2.5:1

SECRETARIA DE AGRICULTURA Y GANADERIADIRECCIÓN GENERAL DE INGENIERIA AGRICOLADEPARTAMENTO DE CONSTITUCIÓN DE OBRAS DE RIEGO

BORDO TÍPICOESQUEMA

1 DE 2 JUNIO - 1968 1093-I - PTEL SECRETARIO

APROBO

EL DIRECTOR GENERAL

EL SUBDIRECTOR

H

Figura 3. Sección típica de bordo de almacenamiento.


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Dichos estudios producirán además, las instruccionesprecisas que deberán regir durante la construcción delos bordos, tales como bancos de préstamo elegidos,peso volumétrico seco mínimo, grado de humedadóptima, número de pasadas para una capa de espesor

determinado, con el equipo de compactación recomen-dado por los análisis previamente efectuados. Para estetipo de estudios se requiere el envío de las muestrasnecesarias al laboratorio de mecánica de suelos corres-pondiente, quien las procesará y enviará los resultadosal departamento técnico encargado de su interpreta-ción.

b) Obra de excedencias. Teniendo en cuenta que lasfallas ocurridas mundialmente en presas de tierra sehan debido de manera especial a la insuciencia delvertedor de demasías, se tendrá especial cuidado en sudiseño, basando los cálculos en datos obtenidos de la

avenida máxima observada.La estructura queda anclada al terreno natural, aloján-dose en cualquiera de las laderas o en un puerto natu-ral, pero jamás en el cuerpo de la cortina. Se emplearánpara ello dentellones de anclaje, de mampostería, cuyaprofundidad en ningún caso podrá ser menor de 1.00m y espesor mínimo de 0.40 m. En los extremos de lacresta vertedora se colocarán muros de cabeza, debida-mente anclados al terraplén por medio de dentelloneslaterales, cuya longitud mínima será de 1.50 m.

La elevación de la cresta vertedora se jará consideran-do la carga de trabajo a su máxima capacidad, adiciona-da de un bordo libre que nunca será menor a 0.75 m, elque podrá aumentarse de acuerdo con la importanciade la altura jada a la cortina y la longitud del “fetch”,cuando haya peligro de oleaje.

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

De las condiciones topográcas y geológicas de la zonadonde se alojará la obra de excedencias o vertedor dedemasías, y del carácter del régimen de la corrienteaprovechada, de la importancia de la obra, de los cul-tivos o construcciones localizadas aguas abajo, mate-riales y presupuesto disponible, dependerá el tipo devertedor empleado: cimacio, cimacio Creager, abanico,descarga lateral, de lavadero o simple canalón, para loscasos de menor exigencia. Los vertedores más 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


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Para el cálculo de la longitud de la cresta vertedora, seutilizará la fórmula de Francis:

Q = C L HV3/2 ------------ (7)

En la que: Q= Gasto de diseño de la obra de exceden-cias, que es el de avenida máxima determinado en el es-tudio hidrológico, en m3/seg; L= longitud de cresta, enm; HV = Carga de diseño del vertedor de excedencias,en m; C = Coeciente del vertedor, se tomará un coe-ciente de descarga C = 2 m1/2/seg, para perl cimacio, y1.45 m1/2/seg, para vertedor lavadero. La altura mínimadel vertedor con cresta cimacio tendrá sobre el nivel delpiso del canal de acceso 0.80 metros.

Las condiciones restrictivas tan severas, que se señalanpara la obra de excedencias en bordos de tierra, podránmodicarse 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 satisfacer losdiferentes benecios para el cual fue concebida la obra,en tanto se encuentren aguas abajo de la obra. Los tiposmás comunes que se utilizan en este tipo de obras sonel tipo: Tubería a presión y válvulas a la salida, el tipomuro de cabeza y el tipo torre y galería.

El tipo tubería a presión y válvulas a la salida, se confor-ma con un canal de acceso, que permite la comunica-

ción con el vaso de almacenamiento en niveles bajosdel agua en el almacenamiento; una estructura de rejillas, que evitara la entrada de cuerpos otantes en elagua en niveles bajos, una tubería que permitirá atra-vesar la sección del bordo, auxiliándose de dentellones

para anclar la tubería y para incrementar la trayectoriade ltración, y disminuir el peligro de tubicación, acontinuación una caja de válvulas, donde se alojaránde preferencia dos válvulas, una de emergencia y otrade operación, concluyendo la estructura con una cajaamortiguadora, donde se disipara la energía cinética,para entregar el agua al canal.

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

aquí inicia el conducto.La operación de la toma se hace por medio de unacompuerta deslizante accionada por un mecanismoelevador, el cual se instala sobre una ménsula de con-creto reforzado anclada al muro de cabeza, o bien, so-bre viguetas empotradas en la mampostería del mismomuro. Delante de la compuerta, sobre la mamposteríase dejarán muescas especiales para colocar agujas demadera en caso de descompostura de la compuerta. Elacceso al mecanismo elevador se recomienda se hagamediante un pedraplén colocado a mano.

El conducto puede ser de concreto reforzado, precola-

Estructurade Rejillas

Canal

de

acceso TuberiaDentellones

CORONA, ELEV.

E s t a n

q u e a m o r t

i g u a

d o r

Caja deVálvulas

0 + 0 0 0

PERFIL NATURAL DEL TERRENO

N.A.M.E

N.A.N.

T A L U D

T A L U D

2. 5 : 12 . 5 : 1

3 0

ELEV.

o + o

+

Figura 6. Obra de toma tipo tubería a presión y válvulas.


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11

N.A.M.E

N.A.N.

Transiciónde salida

Corona, Elev.

Tuberia

Longituddela tuberia

DentellonesCanaldeAcceso

MATERIALIMPERMEABLE

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

do o colado en el lugar de la obra, con diámetro míni-mo de 0.61 metros(24”), alojado preferentemente 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 ltración necesaria.La descarga del conducto de la obra de toma se hace auna caja de mampostería con altura necesaria para evi-tar el derramamiento del agua y de ella saldrá el canalo canales de riego. La descarga también se podrá hacermediante transición reglada, ligando directamente elconducto con el canal de riego.

El tipo torre y galería de obra de toma, se conformacon una torre, que podrá quedar al inicio, en medio oal nal del conducto, que comúnmente este fue partede la obra de desvío, por lo cual la magnitud es mayorque para lo que se requiere para la obra de toma, por loque forma una galería, 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 tendrá la conformación, respectiva, esto es sise encuentra al inicio, iniciara con estructura de rejillas,a continuación una compuerta deslizante, que serviráde emergencia y da acceso al interior de la torre don-de al nal se encuentra otra compuerta deslizante quesirve de operación; si la torre se encuentra en medio, oal nal la obra se iniciara con una estructura de rejillas,y en la torre se conformaran dos espacios, para ubicalas dos compuertas una de emergencia y otra de opera-ción.

En aquellos casos en que por carencia de piedra no seaeconómico construir la obra de toma de mampostería,se hará con una torre de concreto reforzado, provistade escotaduras para agujas y compuerta deslizante obien, con dos compuertas, una de emergencia y otrade servicio. La sección interior de la torre tendrá comomínimo 1.00 de cada lado, cuadrada, e interiormente secolocará una escala marina para permitir el acceso parasu inspección y mantenimiento.

N.A.M.E

Rejilla

Torre

Canal de acceso

Tanqueamortiguador

Transiciónde entrada

Conducto Transición de salida

Puente de acceso

Cortina

s

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


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12

Para diseñar la obra de toma primeramente se debe te-ner el Gasto Normal (Qn) de la demanda que, en funciónde la supercie de riego, se pueden considerar los si-guientes Coecientes Unitarios de riego (Cur); a menosque se tenga un estudio especíco 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 1.75De 1200 a 2000 1.41

De 2000 a 10,000 1.16> 10,000 1.0

G A S T O E N m

/ s e g

.

SUPERFICIE DE RIEGO EN HECTAREAS

T I E R R A

R E V E S T I

D O D E C

O N C R E T

O

Utilización de grácas

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

Hmáx

Hmín

N.A.M.E.

N.m.o.

N.N.A.

Sumerg. min. = 25 cmdmáx d

Hlim

Limitadorde gasto

D

Figura.9. Gráca supercie gasto

Cálculos hidráulicos.Figura.10.Elementos para el diseño de la obra de

toma.

Diseño Hidráulico de Obras de Toma para PresasPequeñas.El diseño hidráulico de obras de toma es el proceso median-te el cual se obtiene el diámetro (o tamaño) del conducto,el cual es determinado por iteraciones en función del gasto

de extracción normal (Qn) y del almacenamiento mínimode operación (Am), bajo el siguiente procedimiento:

1. Se obtiene el Nivel mínimo de Operación Inicial (N.m.o.i)determinando previamente el valor del almacenamientomínimo de operación (Am) y obteniendo su cota respectivaen el vaso, entrando en la gráca Elevaciones-Capacidades,así:

Am = CM+ 0.1 Cu ---------- (8)

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

N.A.M.E.

N.A.N.

N.m.o.i.

Cota O. de T.

CAPACIDADES

E L E V A C I O N E S

Vol.Am

CM

Cu

0.1 Cu

2. Se supone un diámetro comercial, o un tamaño construi-ble, del conducto en la obra de toma: un pequeño diáme-tro D, exige gran carga y un gran diámetro D, exige peque-ña carga.

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

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

4.Se obtiene la carga mínima de operación, mediante lafórmula:

Donde: Σk x= suma de parámetros de pérdidas de carga lo-calizada.

Las pérdidas de carga localizadas, pueden ser:

a) Rejilla: -----------------------hr= k r v2/2gb) Por entrada: ------------------ he = k e v2/2gc) Por válvulas(o compuertas):-----hG= k G v2/2gd) Por cambio de dirección:--------hC= k Cv2/2ge) Por salida: ------------------- hS= k S (v-vC)2/2g---....... etc.

)0.1(2

2min

D L

f xk g v

h ∑ (9)


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13

Para determinar el valor de f (factor de fricción), se puedeusar la expresión de Swamee-Jain, para Re> 4000:

5.Se determina el Nivel mínimo de operación:

N.m.o.= N.N.A.canal+ hmín ------ (11)Figura 12. Esquema de la Obra de toma y los ele-

mentos para el diseño.

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

Debe ser prácticamente igual (si es mayor se aumenta eldiámetro D -o tamaño del conducto) hasta satisfacer estacondición.

7.Se diseña la sección normal del canal (Qn, s y n), obte-niéndose la cota de inicio mediante:

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

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

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

b) Se obtiene: Qmáxinicc) Se circula este gasto por la sección normal diseñada,

obteniéndose así el valor de dmáxi.

d) Se determina el incremento de la carga de operaciónde la O. de T.: ∆h = dmáxi – d

e) e) Se obtiene la carga máxima real:

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

(10)

2

9.010 Re74.5

7.3log

25.0

D

f ε

N.A.M.E.

N.N.A.

N.m.o.i.

Cota de Inicio

Estanque Amortiguador

N.A.min.

N.m.o.

Sumergencia Mínima

Valvulas 100% abiertas para ambos niveles

Hmáx Limitadorde gasto

ddmáx

Llim

Hlimhmín

25

∑

D L

f

hmáx g AQmáx inicinic

xk 1.0

23

f) Se determina el gasto máximo real (Qmáx), sustituyen-do Hmáx por hmáxi en la formula del inciso (b).

g) Se circula este gasto (Qmáx), por la sección normal dise-ñada, obteniéndose dmáx.

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

a) Se determina la carga del limitador:

Hlim = dmáx - db) 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= Qmáx –QnFigura. 13. Elementos geométricos del limitador de

gasto.

d) Se determina la longitud del limitador, es convenienteacompañarlo 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. Construcción de la obra. Tomando como base el proyecto efectuado de laobra se procede a su construcción, para lo cual se deberánconsiderar una serie de recomendaciones, las que se mues-tran a continuación:

Aspectos generales de construcción.A continuación se da en forma breve una secuencia sobrelas actividades por ejecutar en la construcción de una pe-

H lim

Llimdmáxd

L B

Maquinaria yEquipo

MotoescrepasTractores D-7Camión PipaCamión de volteoCargador FrontalRodillo Pata de cabraPalas, Picos Etc.


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queña presa de terracerías, haciendo hincapié en aquellosaspectos en los que hay que tener mayor cuidado en suejecución.

Se construirá o acondicionará el camino de acceso desdela carretera más cercana al sitio de la obra. Generalmentela misma maquinaria destinada a la construcción de la pre-sa es utilizada en estas labores. De preferencia este cami-no deberá construirse con un ancho mínimo de 7 metros ypendientes no mayores de 1%.

Se pueden atacar también los caminos de acceso a los ban-cos de préstamo de los materiales que se utilizarán en elterraplén. Estos caminos, durante la construcción, deberántenerse en buen estado de conservación con el objeto detener un mayor rendimiento del equipo y una menor con-servación del mismo.

Simultáneamente, es conveniente proceder al montaje delas instalaciones para residencia, bodega y taller. Localizán-dolas estratégicamente con relación 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 pequeñopolvorín, el cual debe ubicarse fuera de las zonas de trabajo o habitables. Se recomienda generalmente no tenerlo auna distancia menor de 1 kilómetro del sitio de la obra opoblados vecinos.

Una vez concluidos los trabajos anteriores podrán iniciarselos relativos a desmontes, tanto del área donde se ubicará

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

Dado que la supercie por desmontar, para este tipo deobras, es casi siempre pequeña, se utiliza el tractor con cu-chilla normal para su ejecución. Ya desmontada la super-cie, que marcan las trazas del proyecto, con un margenadicional mayor, se está 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, fuerade las trazas del terraplén y deje una supercie libre para elacceso libre de la maquinaria que posteriormente colocarálas terracerías.

Durante el proceso de estas excavaciones y en función delos materiales que vayan apareciendo, se determinará has-ta qué profundidad se tienen que efectuar el nivel de des-

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

meable, con trincheras o dentellones.Una vez denida la elevación del desplante y sobre todocuando aparece en parte o en la totalidad de la superciede cimentación roca ja, se tendrá que efectuar a manoun amacise del material ojo o alterado. Efectuándose elamacise, en algunos casos con la rompedora neumática, yaque el uso de maquinaria pesada, propiciaría la trituracióno resquebrajamiento del material de desplante impermea-ble.

Programa de trabajosLa realización de toda obra requiere que sea materializadaconforme un programa constructivo previamente medita-do y acorde a las características especiales de la estructu-ra, tanto por la técnica con la cual requiere ser construida,como por el tiempo en que se ha planeado su terminación.

En el caso especial de la construcción de presas de almace-namiento de terracerías, 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-ción de la ejecución de los trabajos, puede traer como con-secuencia la destrucción de lo ejecutado, daños materialesy en ocasión hasta pérdida de vidas cuando existen comu-nidades aguas abajo de la obra. Por tal motivo, dentro delPrograma Constructivo, el control y manejo del río requierede una especial atención.

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

ciencias en los estudios de exploración o por cambios geo-lógicos imprevisibles.

Indicar qué tratamiento o preparación hay que darle a lasupercie donde se desplantarán las estructuras, en fun-ción de la dureza del material o bien por las irregularidadesque presenta la excavación.


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

préstamo, muchas veces se requiere hacer cambios en lostaludes de las terracerías; por haber variado las propieda-des mecánicas de los materiales que se están explotando,con relación a las consideradas en el diseño y determina-das en los estudios de Mecánica de Suelos, o bien porquela potencialidad de los bancos de préstamo de material esmenor que la supuesta y no resulte ya económico trans-portar ese material a distancias muy grandes, teniendoalgún otro tipo de material más cercano que pudiera uti-lizarse mediante la variación de los taludes de la cortina ode las zonas que lo integran.

La profundidad 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 unapreparación 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 forma muy simplista, partiendo de los volú-menes por ejecutar, la producción del equipo que se dis-pone, fecha de iniciación, período en que se presentan laslluvias, etc.. Dando un orden a las actividades por ejecutaren las diferentes fechas, mediante una secuencia lógica,no olvidando el manejo o desviación del río.

Este programa generalmente se formula por conceptosde trabajo, representándolo grácamente por medio deun diagrama de barras, marcando claramente el períodode ejecución para cada uno de los conceptos, los rendi-mientos diarios que hay que producir, para terminar laobra en el tiempo planeado. Así como los precios unita-rios e importe de cada concepto, para nes de control deerogaciones.

La vigilancia de ejecución 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 construcción de aquellos conceptosde trabajo que se hayan retrasado.

La responsabilidad de vigilar el cumplimiento del progra-ma corresponde a la supervisión o residencia, así comotambién, la formulación de estimaciones para el pago delos trabajos ejecutados.

Organización de los trabajos.El costo de un núcleo de maquinaria que se requiere parala construcción de una pequeña presa de terracerías, conrelación a los volúmenes por ejecutar, así como los cargospor etes para su movilización y el costo de los tiemposmuertos, obliga a programar la construcción de este tipode obras, en serie y de preferencia dentro de una mismazona o región, ya que en cierta fase constructiva, es posibleliberar algo de equipo.

La supervisión o residencia debe contar con el personalnecesario para atender los aspectos de líneas y niveles delproyecto, lo cual se logra generalmente con una brigadatopográca. Además requiere de un laboratorista y 6 auxi-liares que estén determinando el grado de compactacióndel terraplén, y tomando cilindros de muestra de los con-cretos y morteros. Este personal deberá además vigilarel control de humedad del material impermeable, el cualdebe estar alrededor de la óptima, el espesor de capa de lasterracerías, la calidad de los materiales y dosicaciones demorteros y concretos.

Figura. 14. Ilustración de un proceso de compacta-ción con rodillo pata de cabra.

Para estas pequeñas presas el equipo de laboratorio re-querido es ínmo, de bajo costo en relación al monto deinversión en la obra, y consta básicamente de lo siguiente.Para terracerías: medidor volumétrico, espátulas, charolas,balanza de torsión, horno, cápsulas, equipo proctor, tami-ces, básculas, 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 según el ele-mento estructural a colar.


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Tipo Colado Flúidez Revinimiento en centimetrosMínimo Máximo Promedio

Presas, pilas de puen-tes, cimientos, rellenospavimentos

Seca 0 8 4

Losas, trabes y murosde sección grande

Plástica 8 12 10

Columnas, muros yformas de sección re-ducida, con gran can-tidad de refuerzos y dedifícil acceso

uido 10 20 15

Para que el control de colocación del material impermea-ble sea efectivo, se deberá tomar un mínimo de 3 calasdiarias, o bien, una cala por cada 500 metros cúbicos co-

locados, teniendo cuidado de que estas no sean tomadasa espesores mayores de un metro de terraplén. Cuando serequieran respaldos se deberá tomar una cala para deter-minar el peso volumétrico seco con que se vienen colocan-do, por cada 2,000 m3 de material, teniendo en cuenta norebasar 1 metro de espesor de terraplén. Dado que en estasobras los concretos y mamposterías que intervienen en elvertedor y obra de toma cuyos volúmenes por ejecutar, ge-neralmente son reducidos, el control de calidad tanto demorteros como de concretos, se hará mediante la toma de4 cilindros por turno de trabajo, para tronarse dos a los 7días y otros dos a los 28 días de colocado. Estos cilindros semandarán probar al laboratorio de alguna institución o-cial o de alguna facultad próxima a la presa.La superintendencia, encargada básicamente del aspectoproducción de las cantidades de trabajo, debe contar comomínimo con el siguiente personal:

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

2 Albañiles6 ChoferesPeones en general

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

Como maquinaria mínima indispensable para la construc-ción de estas pequeñas presas, cuando el banco imper-meable de construcción se encuentre a no más de 1.5 Kmde acarreo es el siguiente:

2 Motoescrepas autocargables2 Tractores D-71 Camión Pipa1 Cargador frontal4 Camiones de volteo1 Rodillo Pata de cabra1 Riper o arado1 Compresor con equipo de barrenación2 revolvedoras (1 saco).

En caso de no contar con motoescrepas autocargables serequerirá un tractor D7 adicional, y cuando el banco depréstamo se encuentre mas allá de 1.5 Km, será conve-niente que en lugar de las motoescrepas autocargables sesustituyan por dos cargadores frontales y 16 camiones devolteo.

Operación y mantenimiento.La operación 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 función de las cabezas de ganadoa atender, así como de los cultivos y supercie establecidosen la zona de riego. En caso de satisfacer nada mas al abre-vadero de ganado, sin tener supercie de riego alguna, nolleva mas acciones de operación que permitir el acceso delas cabezas de ganado a la zona del vaso o en bebederosaguas abajo.

El mantenimiento de la obra consistirá en mantener encondiciones normales de funcionamiento 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 metálicosdebidamente pintados con pintura anticorrosiva, así comoengrasar y lubricar las partes movibles de la obra de toma,como compuertas o válvulas.

Costos asociados.

Para este tipo de obras, es necesario que la superintenden-cia lleve un control de los costos de construcción de losdiferentes conceptos de trabajo, de tal forma, que sirvande base para modicar el procedimiento constructivo o encaso de notarse un alto valor en alguno de estos conceptosse mejore la utilización del equipo y sus rendimientos. Tam-bién para que se mejore la programación del equipo para


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Costosde laobra

Insumos

Internos

Externos

Piedra ArenaGrava

Mano deobra Familiar

Contratada

CementoImpermeabilizanteTubería PVCy accesoriosCerca

Maquinaria yEquipo

MotoescrepasTractores D-7Camión PipaCamión de volteoCargador FrontalRodillo Pata de cabraPalas, Picos Etc.

evitar tiempos muertos, su utilización con el máximo ren-dimiento, la preparación del personal que opera, mantieney repara el equipo de construcción, el suministro oportunode refacciones, combustibles y lubricantes. En la construc-ción de estas pequeñas presas debe buscarse abatir los pre-

cios unitarios y se maximice los volúmenes de terraceríascon relación a los volúmenes almacenados.

Ejemplo de cálculo.Se tiene un sitio ubicado en la parte alta de la región hi-drológica del Balsas, donde se desea construir un bordo dealmacenamiento con nes de abrevadero y pequeño riego,se solicita efectuar el proyecto de dicho bordo para lo cualse tiene:

Ac= 200 Ha = 2 Km2

pm=850 mm

Ce=0.12

K apr=0.6

Ev=1.05

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

Información topográca para la Curva Áreas Capacidades:

Elevación (m) Área (m2) Capacidades (enm3)

1270 100.0 ---1271 730.0 415.01272 2,810.0 2,185.01273 5,830.0 6,505.01274 11,750.0 15,295.01275 19,750.0 31,045.01276 28,280.0 55,060.01277 40,250.0 89,325.01278 49,390.0 134,145.01279 60,000.0 188,840.0

Solución:Primero se construye la curva Áreas y Capacidades contraelevaciones:

A continuación se determina el volumen escurrido:

Ve=Ce pm Ac= 0.12×0.85×200×104

Ve = 204,000 m3

Considerando un Coeciente de aprovechamiento (K apr) de0.6, el volumen aprovechable es:

Vapr = K apr × Ve =0.6×204,000 =

Vapr= 122,400 m3

Figura. 15. Gráca Elevaciones Áreas Capacidades


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Entrando a la curva de Áreas 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 área de em-balse de 4.5 ha, según la Figura 15.

La capacidad de azolves se calcula con:

Caz= K az Nu Ve=0.0015×25×204,000=7,650 m3, adicionandoa esta la capacidad para cría 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 unárea de embalse de 0.8 ha, según la Figura 15.

La capacidad Útil, es:

Cu= CTA - CM

Sustituyendo valores:

Cu = 112,000 – 10,000= 102,000 m3

Cu = 102,000 m3, vericando la segunda restricción

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

Considerando un 10% de la CTA, como pérdidas por evapo-ración e inltración, el Volumen útil 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 pequeñasupercie de riego.

Determinación de las capacidades de abrevadero y riego.

El volumen útil destinado para abrevadero y riego depen-derá del tamaño y profundidad de la construcción y delvolumen de los escurrimientos que se encaucen hacia elalmacenamiento. El primero esta supeditado al coecientede agostadero, al tamaño de los potreros y a otros facto-res limitativos. Dentro de los aspectos que deben consi-derarse para determinar el volumen útil para abrevadero,pueden mencionarse, entre otros, la precipitación pluvial,coeciente de escurrimiento, los que fueron consideradospara el abastecimiento, cantidad de ganado, terreno sobreel que se construye, pérdidas por ltración y por evapora-ción, etc.

El número de cabezas que pueden pastar en un potrero, esdeterminado por la cantidad de forraje que en él se puedaobtener; ello condiciona, en gran medida, el tamaño delabrevadero, tomando además en consideración la distan-cia que el ganado tiene que cubrir de los pastizales a los

aguajes, condición muy importante para que no pierdanmás de las energías necesarias.

El número de cabezas está determinado por la siguienteexpresión:

a

2

ac

C

d100n

π (1)

En la que:nC = Número de cabezas, da = Distancia máximaen 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 número de hectáreas 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 factor 100 resulta de convertir Km2en hectáreas.

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

en la que:

Va = Volumen útil para abrevadero en m3

Dd = Dotación diaria de agua por cabeza de ganado en lt.

Td = Tiempo en días que se considera que el ganado to-mará agua en el abrevadero(en el tiempo de lluvia tomanagua en cualquier depósito o charco).

P = Coeciente de pérdidas, originado en la ltración oevaporación.

da y Ca = tienen el mismo signicado anterior.

Ejemplo de aplicación de la fórmula.

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

(2)

aC

PTD2a

d0.1 π

aV

dd


19/21

19

da= 2 KmCa = 10 ha / CabezaDd = 40 l/día / CabezaTd = 300 días/año

P = 1.3 (30% de pérdidas por evaporación o inltración)

Va = 1,961 m 3

Si el depósito se va a alimentar con agua de escurrimientoque tiene su origen en la lluvia y tomando en consideraciónque en muchos lugares se presentan años en que pocollueve, es conveniente duplicar la capacidad del depósitopara aprovechar el agua de los años lluviosos, y asegurarcuando menos un año de escasa precipitación pluvial. Por

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

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

Vabr = 3,950 m3

Vrgo= Vu – Vabr = 90,800–3,950 =Vrgo = 86,850 m3

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

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 útil

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

Las cantidades necesarias para una cabeza de ganado ma-yor es de 15 m3/cabeza/año y para una de ganado menores de: 6 m3/cabeza/año, por lo que los 5,800 m3, se repartenen 300 C.G.M. y 215 c.g.m.

3

2

a m961,110

3.13004021416.31.0V

×××××

Volumen de abrevadero= 300 ×15 + 215×6 = 4,500+ 1,290 =5,790 m3

Diseño de la obra de excedencia.

Este proceso exige la determinación de la avenida máxima,basados en el estudio hidrológico, para el presente casohabiéndose efectuado su valor por el método de seccióny 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(región 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 área de la cuenca, resulta:

Q= Ac q=2 × 9.28=18.56 m3/seg, pero este valor es para lascorrientes principales, que teniéndose una determinaciónpuntual por el método de sección y pendiente, y ante laincertidumbre en su determinación se incrementa un 50%este último, que a la vez representa el 25% de la calculadapor el método de las envolventes de Creager, teniéndoseasí el gasto de avenida máxima:

QAV.MAX.= 3.1×1.5 = 4.65 m3/seg

Figura. 16. Gráca de las envolventes de Creagerpara la región hidrológica del Balsas.

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

Q = C L HV3/2

, despejando la longitud se tiene:L = Q/CHV3/2 = 4.65/(1.45×0.31.5)=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 área de embalse máximo de 4.78 ha.


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20

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

Quedando la altura máxima de la cortina, en:

HMAX= HNAN + Hv + L.B. = (Elev. 1,277.50 – Elev. 1,270.00)+0.3+1.0=8.80 mHMAX = 8.80 m; La Elev. Corona=Elev.Fondo Cauce+HMAX=Elev. 1,270.00+8.8 = 1,278.80

Según el cuadro de la Figura 3, para HMAX= 8.8 m, se tieneun ancho de corona de C=4.50 m, y taludes: t1 = 2.5 y t2 =2.5, valores de la sección que deben ser vericados por ellaboratorio de Mecánica de suelos.

DISEÑO DE LA OBRA DE TOMA.Se considera una obra de toma del tipo tubería a presióny válvulas 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, según 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= Cur Sr = 2.5×17 = 42.5 lps; QN = 0.0425 m3/seg

Y para efectuar el proceso de diseño se requiere el N.m.o.i,el que se determina con el almacenamiento mínimo,dado por:

Am = CM + 0.1 Cu = 10,000+0.1×102,000= 20,200 m3

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

N.m.o.i= 1,274.40 m, este nivel permitirá probar que el di-seño de la obra de toma se encuentra correcto.

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

D= , el siguiente diámetro co-mercial de tubería, es el de 8”(0.203 m), proponiéndoseun material de PVC.

Se determina la velocidad media en el conducto:

v=QN/A= 0.0425/(0.7854×0.2032)=1.311 m/seg < 1.5 m/seg, pero se acepta ya que si se baja al siguiente diáme-tro comercial, la carga mínima de operación se aleja con-siderablemente del N.m.o.i, aparte de que como es PVClas posibilidades de azolvamiento se reducen por el bajocoeciente de rugosidad.

"52.65.42 N Q

La carga mínima de funcionamiento, según la ecuación(9),es:

Se toma a la rugosidad absoluta para PVC nuevocomo:ε=0.003 mm, y la rugosidad relativa, es: ε/D=0.003/203.2=0.00001476; el numero de Reynolds, consi-derando una temperatura de 20°C, ν=1.01×10-6m2/seg, es:Re=vD/ν =1.311×0.203/1.01×10-6 = 263,490; Re=263,490,por lo que sustituyendo en la ec. (10), se tiene:

La suma de los parámetros de pérdida de carga localizada,observando la g. 6, se toma a la Obra de Toma conforma-da con: rejilla(K r), entrada redondeada(K e), válvulas-2- (K G)y codo al nal del conducto (K C), es:

Σk x = k r+k e+2K G+k C+k s = 0.05+0.23+2(0.06×0.203-0.37) +0.25+(1.311-0.4)2/19.62 = 0.53+0.216+0.0426 = 0.7886;

Σk x = 0.789

La longitud de la tubería se calcula con:

L=(Elev.Corona-Elev.N.A.min.+D/2)(t1+t2)+C=(Elev.1,278.80-Elev.1,273.40 +0.2032/2)(2.5+2.5)+4.5=5.5016×5+4.5=32.008m

= 0.0876×4.1345 = 0.362 m; hmin=0.362 m

Para el N.m.o. se considera que la descarga de la tubería esa un canal, tal como se muestra en la Fig.10, así 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 considerabien diseñada la Obra de toma, con la única deciencia enla velocidad mínima, ya que el siguiente diámetro comer-cial hacia abajo incrementa notablemente la hmin.

2

9.0

5

10 490,26374.5

7.310476.1

log

25.0

× − f

2

9.0

5

10 490,26374.5

7.310476.1

log

25.0

× − f

=


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06 Presas de Tierra Compactada

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