Ollas de Agua, Jagüeyes

“SECRETARÍA DE AGRICULTURA,
GANADERÍA,
DESARROLLO RURAL,
PESCA Y ALIMENTACIÓN”
Subsecretaría de Desarrollo Rural
Dirección General de Apoyos para el Desarrollo Rural”
Ollas de Agua,
Jagüeyes,
Cajas de
Agua o Aljibes
Ollas de agua, Jagüeyes, Cajas de agua o Aljibes
Definición
Los jagüeyes, también conocidos como ollas de agua, cajas de agua, aljibes, trampas de agua o bordos de agua,
son depresiones sobre el terreno, que permiten almacenar
agua proveniente de escurrimientos superficiales. Jagüey
es un vocablo taíno que significa balsa, zanja o pozo lleno
de agua, en el que abreva el ganado.
No obstante que existen jagüeyes naturales, el presente
trabajo se referirá a la construcción de jagüeyes artificiales
como medios para captar, almacenar y administrar agua de
lluvia con fines pecuarios, siendo una alternativa para que
el ganado obtenga agua durante las épocas de sequía prolongada, reduciendo los problemas ligados a la indisponibilidad de agua.
Un jagüey artificial es un cuerpo de agua más pequeño que
un lago o una presa, aunque no hay un rango de tamaño
bien definido, en El Reino Unido, donde se tienen algunos
de los estudios más extensos sobre bordería multipropósito se ha adoptado una extensión para este tipo de obras de
entre varios m2 y 2 ha, siempre que sobre estas se retenga
agua por al menos cuatro meses del año.
Los jagüeyes artificiales son un caso particular de la captación de agua de lluvia, misma que ha sido conocida en
nuestro país desde las épocas prehispánicas, tal como lo
demuestra la construcción de “Chultuns” en la región Maya
(Figura 1).
Figura 1. Corte esquemático del sistema de
captación de agua de
ÁREA DE CAPTACIÓN
CHULTUN
ROCA CALIZA
PLATAFORMA
CORTE DEL CHULTUN
2
Captar agua proveniente de escurrimientos superficiales
durante la época de lluvia y utilizarla de manera controlada
como fuente de abrevadero durante la época de estiaje.
Ventajas
●● Se disminuye la mortandad y/o estrés del ganado,
causado por escases de agua durante la época de
estiaje.
●● Bajo costo, con un horizonte de recuperación de
inversión de uno a dos años.
●● Incremento en la eficiencia del uso de agua de
lluvia.
●● Mejora el entorno micro.
●● No requiere consumo de energía adicional.
●● Los materiales de construcción son adaptables a
las condiciones particulares de cada sitio.
●● No requiere conocimientos técnicos avanzados
para el manejo y administración del jagüey.
●● El agua almacenada se distribuye por gravedad y
de manera controlada.
Desventajas
●● Se debe disponer de la superficie necesaria para
formar el cuerpo de agua, así como la extensión
necesaria para la colecta de agua de lluvia (microcuenca), por lo que no es una opción adecuada
para pequeñas propiedades.
●● Requiere supervisión técnica especializada durante el diseño y construcción para garantizar el buen
funcionamiento hidráulico del sistema.
Condiciones para establecer un jagüey
Los jagüeyes deben diseñarse bajo técnicas ingenieriles,
considerando elementos como, seguridad y estabilidad de
la obra, fuentes de recolección de agua (microcuenca), así
como vertedor para drenar y controlar los niveles máximos
de agua.
Por otra parte, los suelos deberán tener una textura franca o
arcillosa para asegurar un grado de impermeabilidad adecuado. Los suelos arenosos no son aptos para la construcción de jagüeyes, a menos que se consideren inversiones
adicionales para el sellado o impermeabilización con arcillas expansivas o colocación de plásticos o geomembrana.
Procedimientos y equipo de construcción o
implementación
Figura 2. Vista aérea de un jagüey construido sobre
una línea de flujo natural.
Figura 4. Jagüey en forma rectangular, para condiciones de pendiente uniforme.
Si se cumplen las condiciones de precipitación media anual
mínima necesaria para que el jagüey se justifique, mismas
que se detallan más adelante, este puede ser adaptado a
casi cualquier condición de relieve en el terreno. Algunas
de las condiciones más comunes son: Aprovechar una co-
Linea de flujo
principal
el
iv
Sentido
del flujo
Cu
rva
s
a
n
La mayoría de los jagüeyes se construyen en tierras donde
hay una recarga más o menos constante de agua de lluvia
(superior a los 400 mm por año). En áreas secas existe el
peligro que se evapore demasiada agua y la restante se salinice o pudra, por lo que se deberá recurrir a un sistema de
almacenamiento cerrado.
Sentido
del flujo
Curvas
a nivel
A
CORONA DEL JAGÜEY
Figura 3. Jagüey en forma de media luna para condiciones de pendiente uniforme.
CORONA DEL JAGÜEY
C
Figura 5. Jagüey en forma rectangular (caja de
agua) construido mediante excavación sobre un
terreno de pendiente ligera.
Sentido
del flujo
Sentido
del flujo
Curvas
a nivel
CO
B
Y
RO
ÜE
NA
DEL JAG
CORONA DEL JAGÜEY
D
3
rriente intermitente bien definida (Figura 2); acondicionar
un terre no con un bordo en forma de media luna o rectangular para captar agua en un terreno de ladera con pendiente uniforme (Figuras 3 y 4) o realizar una excavación
para colectar agua en un terreno de pendiente muy ligera
(Figura 5).
zer D6 (Figura 8), ya puede realizar los desplazamientos de
tierra y la compactación de la misma.
La condición más simple es la que se muestra en el esquema A, (Figura 3), ya que el relieve se encarga de encauzar
de manera natural el agua al punto de interes, sin embargo
cuando no se dispone de un sitio con estas características
se deberá garantizar el sentido correcto de flujo hacia la
estructura mediante canales colectores, como los presentados en los esquemas B, C y D (Figuras 3,4 y 5).
Cualquier maquinaria que facilite el movimiento masivo de
tierra puede ser empleada en la construcción de jagüeyes,
la diferencia se verán en la eficiencia y el tiempo de trabajo.
Sin embargo se ha trabajado de manera exitosa con maquinaria más ligera del mismo tipo (Bulldozer D4), o retroexcavadora del tipo “Mano de Chango” (Figura 9).
Figura 8. Maquinaria Bulldozer D6, recomendada
para la construcción de jagüeyes.
De manera general, la Figura 6 muestra las condiciones de
superficie de corte para la formación del terraplén compatible con los esquemas A, B y C. La Figura 7 presenta las
condiciones de corte para el jagüey presentado en el esquema D.
Figura 6. Condiciones de corte para la formación
del terraplén, esquema A, B y C
Pend
ient
e or
igina
l del
terre
no
Área de corte para la
formación del terraplen
Figura 7. Condiciones de corte para la formación
del terraplén, esquema A, B y C.
Pendiente original del terreno
Área de corte para la
formación del terraplen
Nota: En los esquemas anteriores no se hace referencia al vertedor o canal de
desfogue, el cual es imprescindible en cualquier obra de almacenamiento y se
discutirá más adelante.
Para el proceso de construcción es necesario se utiliza maquinaria pesada para realizar los movimientos de tierra necesarios según los esquemas presentados. Una maquina
que resulta eficiente para este proceso es del tipo Bulldo-
4
Figura 9. Máquina retroexcavadora JCB Serie 3 en
proceso de formación de un jagüey.
Criterios de diseño
Demanda de agua y volumen de almacenamiento
Los jagüeyes son un caso particular de captación de agua
de lluvia por lo que se deberá conoce en primer lugar:
a) Cantidad de lluvia anual disponible y su distribución
en el tiempo y
b) demanda diaria de agua.
De esta información primaria se deduce el área de la microcuenca mínima necesaria y el volumen de captación de
la obra.
En la Figura A1 del Anexo, se puede obtener el valor medio
de lluvia anual para cada región del país de acuerdo con los
datos reportados por INEGI.
Del Cuadro 1 se puede obtener un estimado de la demanda
aproximada diaria de consumo de agua por cada cabeza
para las principales especies domesticas.
Cuadro 1. Demanda diaria de agua para las principales especies domesticas.
ESPECIE
Vacas adultas
Cerdos (100 kg)
Ovinos
Cabras
Conejos
Gallinas
Pavos
CONSUMO (L/día)
85
12
7
11
0.50
0.25
0.25
cuenca necesaria (por cada cabeza). La proyección vertical
en el segundo grupo de líneas y su proyección horizontal a
la derecha indicara la capacidad de almacenamiento (por
cabeza) necesaria. El total del área y de la capacidad será el
producto de los correspondientes valores individuales por
el número de cabezas.
Si la superficie del área de captación no es impermeable, el
valor obtenido del nomograma deberá multiplicarse por el
inverso del coeficiente de escurrimiento.
Ejemplo, si el coeficiente de escurrimiento es de 0.2 el valor
del área de la cuenca deberá multiplicarse por cinco (1/0.2).
En el caso del volumen de almacenamiento, no se debe alterar el valor obtenido del nomograma.
Dimensiones del jagüey.
Dada la irregularidad de las formas que puede tener un jagüey, resulta complicado su dimensionamiento para garantizar que el volumen de almacenamiento sea el obtenido a
partir del nomograma (una sobre excavación se traducirá
en una ineficiencia del sistema). El técnico responsable del
diseño, deberá por tanto recurrir a aproximaciones a partir
de las figuras regulares conocidas. Un método de aproximación es el propuesto por USDA (Agriculture Handbook
590), cuya fórmula se expresa
V=
Donde:
𝐴𝐴
4 𝐵𝐵
6
𝐶𝐶
×
𝐷𝐷
27
1
Fuente: Versión sintetizada de Anaya ef al, 1998.
El productor interesado puede obtener sus propios valores por medición directa, para lo cual deberá garantizar la
disponibilidad total de agua a un número de cabezas que
servirán como testigo durante 3 a 5 días y monitorear de
manera cuantitativa los consumos medios.
D
En el nomograma de la Figura A2 del Anexo se muestra un
balance entre la distribución anual de la lluvia y la demanda diaria de agua, por lo que se obtiene de manera estimada el volumen de agua que deberá ser capaz de almacenar
el jagüey.
V = Volumen de excavación (m3)
La lectura del nomograma inicia en la parte inferior (Demanda diaria de agua individual) y se proyecta en línea vertical hacia el primer grupo de líneas, a partir de la intersección de esta primera línea se proyecta en sentido horizontal
hasta el extremo izquierdo que nos indicaran el área de la
A = Área del plano a (m2)
B = Área del plano b (m2)
C = Área del plano c (m2)
D = Profundidad máxima (m)
5
A partir de esta fórmula se pueden aproximar volúmenes
para proyectar formas tan irregulares como la siguiente:
do de las huellas máximas resultan soluciones sencillas, con
aproximaciones de menor precisión que para obras pequeñas se pueden considerar como validas (para conocer los
detalles de el método de las curvas numéricas y el método
racional consulte www.sagarpa.gob.mx/desarrollorural/.
El método racional simplificado
A
B
C
El cálculo de gasto máximo (QMAX, en m3/s), se obtiene El
cálculo de gasto máximo (QMAX, en m3/s), se obtiene mediante la siguiente expresión:
2
Q MAX =0.028 C L A
Donde:
Donde el área de cada plano se puede estimar por el método de la cuadricula. Así mismo el técnico responsable deberá estar familiarizado con el cálculo de las áreas para las
formas más comunes que se encontrara durante el diseño
de un jagüey.
L
R
H
Rectángulo A= HL
Circulo A = 3.14 R2
C = Coeficiente de escurrimiento (adim 0-1)
L = Lamina de lluvia máxima en 24 hr (cm)
A = Área de la cuenca de aporte (ha)
El valor aproximado de C se obtiene del Cuadro 2, si existe
más de una condición de uso de suelo de debe ponderar
en función del área. De no contar con un valor local de L,
este valor se obtendrá directamente de la Figura A3 del
Anexo, ubicando previamente el área de trabajo. Finalmente el área de la cuenca se podrá obtener a partir de planos
topográficos o por recorrido en campo con Global Positioning System (GPS).
Cuadro 2. Aproximación del valor del coeficiente
de escurrimiento.
Uso de suelo
R
L
0-5
6-10
11-30
0-5
6-10
11-30
0-5
6-10
11-30
Bosque
H
H
Parábola A = 0.67 LH
Elipse A = 0.7854 LH
L
Estimación del gasto máximo Q para el diseño
del vertedor.
Existen metodologías para estimar el gasto máximo con
buena aproximación, por ejemplo el método de las curvas
numéricas del SCS o el método racional; sin embargo, estos
método demandan conocimiento sobre las condiciones hidrológicas del suelo, las condiciones de cobertura, la intensidad de la lluvia máxima y el tiempo de concentración, por
lo que resultan poco práctico para lugares donde se carece
de información. El método racional simplificado y el méto-
6
Pendiente(%)
Cuadrante A = (3.14 R2) /4
Pastizales
Terrenos
cultivados
Textura
G
M
F
0.10
0.25
0.10
0.16
0.22
0.30
0.40
0.52
0.30
0.35
0.30
0.36
0.42
0.50
0.60
0.72
0.40
0.50
0.40
0.55
0.60
0.60
0.70
0.82
Disposición y dimensiones del vertedor
Una vez conocido el valor de QMAX, se debe calcular el
área del vertedor. A partir de la expresión:
Q=A×V
Donde:
∴
A=
Q MAX
V
A = Área transversal del vertedor (m2)
3
V = Velocidad del flujo sobre el vertedor (m3/s).
Siempre que sea posible deberá diseñarse el vertedor independiente al terraplén que forma el bordo del jagüey,
ya que se trata de una obra basada en tierra compactada.
De lo contrario deberá asegurarse la superficie con mampostería o empedrado bien compactos que cubran tanto la
base como los taludes (Figura 10).
Un canal vertedor con pendiente mínima de 1%, paredes
bien compactadas y libres de vegetación garantiza una
velocidad mínima de 1.5 m3/s, por lo que se puede utilizar
este valor para una aproximación sobreestimada del área
necesaria del vertedor, lo que garantiza el buen funcionamiento del mismo. Por lo tanto la ecuación es:
A=
m3
s
m
1.5
s
QMAX
4
Otro aspecto básico que se debe garantizar es que el espejo del agua sobre el vertedor, funcionando a gasto máximo
quede al menos 0.5 m por debajo de elevación de la corona (Figura 10).
equipo disponible y empleando los materiales a usar en
el terraplén definitivo. Tienen como finalidad determinar
(para ese equipo en específico) el número de pasadas más
económico para obtener el grado de compactación. Se llama grado de compactación (C) a la relación del peso volumétrico seco (γS) sobre el peso volumétrico secó óptimo
expresado en porciento (γ0). El valor de γ0 se obtiene de la
prueba Próctor a partir de laboratorio.
C=
En México, los terraplenes de prueba se efectúan generalmente de acuerdo con la siguiente práctica:
Se hacen terraplenes de 30 por 5 m aproximadamente,
donde se va a probar el número conveniente de pasadas
del equipo. El terraplén está dividido en zonas, de tal manera que cada una reciba un número distinto de pasadas.
El terraplén debe estar formado por 6 u 8 capas de material
colocado de 20 en 20 cm.
Figura 11. Esquema de terraplén de prueba
Núm de pasadas
12
Compactación
Aunque se manera empírica y poco eficiente, desde hace
tiempo se acostumbraba a compactar los diques de tierra
y jagüeyes. Aun hoy en día sigue latente el problema de la
gran diversidad de variables que se pueden encontrar ante
la necesidad de realizar una buena compactación:
●● T ipo de materiales (suelos cohesivos o no cohesivos)
●● Humedad óptima
●● Maquinaria disponible para la compactación
Próctor ideó la manera de obtener (aunque de forma
aproximada las condiciones óptimas de compactación en
la construcción de un terraplén). Cuando la necesidad de
compactación se presenta en construcciones de grandes
dimensiones o grandes extensiones se justifica de sobre
manera la adquisición o renta del equipo más eficiente en
función de los resultados de las pruebas Próctor. Sin embargo en la construcción de jagüeyes, el proyectista generalmente se debe adaptar a las condiciones de maquinaria
disponible por ello será necesario recurrir a terraplenes de
prueba.
γS
× 100
γ0
5m
10
Rampa de
seguridad
6
5m
5m
Zona por compactar
Con el grado de compactación y con el número de pasadas
de cada zona se hace una gráfica.
Para obtener en 100% de compactación es necesario dar
gran número de pasadas del equipo. Por esta razón los terraplenes se llevan a un grado de compactación de 95%,
resultando en terraplenes económicos en la mayoría de los
casos.
Figura 12. Efecto del número de pasadas en el grado de compactación.
100
90
80
C
% 70
60
Terraplenes de prueba
Son ensayos de compactación de campo hecho con el
0
5
10
15
20
25
Num Pasadas
7
Operación y mantenimiento
Ejemplo de cálculo
El mantenimiento no requiere supervisión especializada,
sin embargo el productor deberá tener presente dos aspectos fundamentales.
Se desea construir un jagüey que cubra la demanda de
agua de 30 cabezas de ganado vacuno, dentro de un predio destinado a pastizales con textura media y una pendiente de 15% y una lluvia media anual de 700 mm y una
máxima en 24 hr de 75 mm.
a) El consumo diario de agua deberá apegarse a los criterios de diseño para garantizar la disponibilidad de
la misma durante el periodo de sequia.
Demanda Diaria Total (DDT)
b) El principal enemigo del almacenamiento son los azolves que dentro de él se acumulan y disminuyen su vida
útil por lo que el productor deberá, necesariamente,
de complementar la obra con pequeñas estructuras
aguas arriba diseñadas para retener los sedimentos.
Para ganado vacuno se tiene una demanda diaria de 85 L
por cabeza (Cuadro 1).
Si el área de captación esta impermeabilizada, un desarenador o sedimentador en la entrada al jagüey puede ser suficiente, de lo contrario se deberán realizarse prácticas de conservación de suelos como presas filtrantes sobre los cauces
bien definidos y bordería al contorno sobre las laderas.
De la Figura A2 del Anexo se tiene que para un consumo
diario de 85 L en una región semiárida (700 mm) se deberán garantizar 55 m2 de área de captación (por cabeza).
La Figura 13 muestra una propuesta de acomodo de prácticas, cualquier práctica conservacionista enfocada en retener sedimentos resulta útil sin importar el orden en que
estas se distribuyan.
AMCC/IMP = 55m2×30=1,650m2
Figura 13. Esquema de las trampas de sedimento
en perfil (arriba) y en planta (abajo)
Presas Filtrantes
Aguas arriba del Jagüey
(Criterio Cabeza-Pie)
Bordo del
Jagüey
zanja
s tr
inc
h
Mu
ro
Viv
o
da
AMC impermeabilizada
AMC sin impermeabilizar
AMCS/IMP = 1,650m2×(1/C)
Donde:
C = Coeficiente de escurrimiento = 0.42 (Cuadro 2).
AMCS/IMP=1,650m2×(1/0.42)=3,928.6 m2.
Capacidad Total del Jagüey (CTJ)
Gasto máximo del vertedor (QMAX ).
Presas Filtrantes
Pie
dra
acom
oda
Área mínima de la cuenca (AMC)
CTJ = 14m3(Figura 2)×30=420m3
Sedimentos
Acumulados
8
DDT = 85L×30 = 2,550 L dia-1
QMAX = 0.028×C×L×A
QMAX = 0.028×0.42×7.5cm× 0.3928 ha(valor de AMCS/IMP)
QMAX = 0.035 m3/s = 35 L/s
a
er
Diseño del vertedor.
Utilizando la ecuación 4, se obtiene:
A=
Q MAX 0.035
=
=0.023m2
1.5
1.5
Si el vertedor se diseña con 0.5 m de ancho, el espejo de
agua a QMAX tendrá una altura de apenas 0.0466 m (5 cm).
Por lo que el canal del vertedor deberá tener una profundidad mínima de 55 cm.
Elaboró:
Abraham Domínguez Acevedo
[email protected].
Especialidad de Hidrociencias del Colegio de Postgraduados, Montecillos, Estado de México. 2009
Revisión Técnica: Dr. Demetrio S. Fernández Reynoso.
Especialidad de Hidrociencias. Colegio de Postgraduados.
Figura A1. Distribución de la lluvia media anual en México.
9
Figura A2. Área de captación y volumen de almacenamiento mínimo necesario por unidad animal para
tres regiones de nuestro país.
Figura A3. Lluvia máxima en 24 hr con periodo de retorno de 10 años.
10