Guía-Técnica-DIQUES

GUÍA TÉCNICA
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN
DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS
EN LAGUNAS PERIGLACIARES
Cusco, Agosto del 2017
GUÍA TÉCNICA — Diseño y Construcción de Pequeñas Presas Rústicas en Lagunas Periglaciares
PROYECTO GLACIARES+
Agencia Suiza para el Desarrollo y la Cooperación - COSUDE
CARE Perú
Universidad de Zurich - UZH
ELABORACIÓN:
Ing. Gaspar Alberto Morante Soto
CON EL APOYO DE:
Ing. Flavio Valer Barazorda
Ing. Liw Canales Sierra
Ing. Walter Choquevilca Lira
EDICIÓN:
Care Perú
Avenida General Santa Cruz 659, Jesús María, Lima - Perú
RUC 20525163238
Tel. (01) 4171100
CORRECCIÓN DE ESTILO:
María del Carmen Giusti Hundskopf
DISEÑO Y DIAGRAMACIÓN:
Raúl Peralta Lazarte
IMPRESO EN:
Editora Gráfica Aquarela EIRL
RUC 20564306101
Calle Pavitos N°455 Cusco - Tel. 084- 243450
Primera Edición, agosto 2018.
Tiraje: 100 unidades.
Hecho el Depósito Legal en la Biblioteca Nacional del Perú N° 2018-12195
Si usted tiene alguna consulta o queja sobre el Proyecto Glaciares+, llame desde un
teléfono fijo a la linea telefónica gratuita: 0800 - 14417, o envie un correo electrónico a
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Este libro no podrá ser reproducido, total ni parcialmente, sin el previo permiso escrito del autor.
Todos los Derechos Reservados.
CONTENIDO
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07
INTRODUCCIÓN
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II. PLANEAMIENTO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE DIQUES
RÚSTICOS
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I. CONCEPTUALIZACIÓN
1. SIEMBRA Y COSECHA DE AGUA
2. LAS QOCHAS
2.1. ORIGEN
2.2. CLASIFICACIÓN
2.3. ELEMENTOS QUE CONFORMAN UNA QOCHA
3. PEQUEÑOS DIQUES RÚSTICOS
3.1 CARACTERÍSTICAS
3.2 PARTES DE UN DIQUE DE MATERIALES SUELTOS
1. OBJETIVOS Y ALCANCES
2. DISEÑO DE OBRAS
3. ASPECTOS A CONSIDERARSE EN EL PLANEAMIENTO DE UN PROYECTO DE
PEQUEÑOS DIQUES
III. ASPECTOS TÉCNICOS
1. PLANTEAMIENTO DEL DIQUE
1.1 TIPOLOGÍA DE DIQUES
1.1.1. DIQUE RÚSTICO DE PIEDRA CON NÚCLEO DE ARCILLA
1.1.2. DIQUE RÚSTICO DE TIERRA CON PROTECCIÓN DE MURO DE PIEDRA
1.1.3. DIQUE RÚSTICO DE CHAMPAS CON NÚCLEO DE ARCILLA
1.2 UBICACIÓN DEL DIQUE
1.3. ESCURRIMIENTO
1.3.1. ÁREA DE ESCURRIMIENTO DE LA CUENCA
1.3.2. VOLUMEN DE ESCURRIMIENTO
1.4 VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO
1.4.1. ÁREA DE ALMACENAMIENTO
CONTENIDO
1.4.2. ALTURA MÁXIMA DE ALMACENAMIENTO
1.4.3. EVAPORACIÓN
1.4.4. INFILTRACIÓN
1.4.5. ALTURA DEL DIQUE
2. DISEÑO DE OBRAS COMPLEMENTARIAS
2.1. VERTEDERO DE EXCEDENCIAS
2.2. SALIDA CON TUBERÍA
2.3. CANAL DE TRASVASE
VI. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
53
57
61
VII.
65
IV. COSTO MODULAR
V. PROCESO CONSTRUCTIVO
1. GENERALIDADES
2. MANTENIMIENTO
3. OPERACIÓN
BIBLIOGRAFÍA
Introducción
5
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
El cambio climático y su repercusión en los ecosistemas hídricos es una problemática que viene afectando
a las zonas andinas, originando por ejemplo, el desecamiento del ambiente con una mayor evaporación y
la escasez de agua para consumo animal, riego y la propagación de enfermedades que afectan la actividad
agropecuaria. Por otro lado, las malas prácticas antrópicas (sobrepastoreo, quemas, deforestación) afectan
la infiltración natural del agua en el suelo y en consecuencia, disminuyen la recarga del acuífero en las zonas
generadoras de agua de las cuencas. El crecimiento demográfico, el cambio de uso de las tierras y la intensidad
de las actividades agropecuarias están generando mayor demanda de agua, agravando el problema de
escasez de agua.
Los pobladores de la zona andina, como medidas de prevención y adecuación, vienen aprovechando en
forma natural o implementando pequeños depósitos temporales de agua o qochas, formados por diques de
naturaleza rústica para el aprovechamiento del agua de las lluvias.
Las pequeñas presas rústicas en la zona alto andina, vienen siendo una solución práctica para la siembra
y cosecha de agua ante la problemática del recurso hídrico que aqueja a campesinos de escasos recursos
económicos y en la cual el Estado aún no ejerce una atención sostenida; más bien dedicado a implementar
grandes presas que implican estudios especializados, con construcciones rigurosas, el uso de insumos
externos sofisticados, elevados costos, que en muchas de las veces no justifican la inversión y que implican
un profesionalismo elevado.
Las “pequeñas presas rústicas” observadas en el ámbito andino se caracterizan por ser estructuras de poca
envergadura y limitados volúmenes de almacenamiento, de construcción precaria por los propios usuarios
y/o con apoyo de instituciones, que apela al uso de materiales existentes en la zona, generalmente champa y
piedra, mayormente sin dirección técnica, deficientemente conceptuados y ejecutados, lo cual compromete
su seguridad y servicio sostenido en desmedro de la población supuestamente beneficiada.
Algunas formas de mejorar estas estructuras rústicas son las intervenciones bajo estrategias de apoyo
económico mancomunado de instituciones y beneficiarios, bajo un enfoque técnico adecuado. Estas
intervenciones requieren de lineamientos técnicos sencillos y prácticos, aunando el conocimiento empírico
técnico-campesino, para abordar la implementación o mejoramiento de estas estructuras desde el punto de
vista de su estabilidad y obras complementarias con lo cual se permite su replicabilidad.
El objetivo de la presente Guía Técnica es disponer de un documento de referencia técnica, que oriente a las
personas encargadas en la implementación de pequeñas presas rústicas en ámbitos periglaciares, donde ya
existen qochas naturales para un mayor almacenamiento o para conformar qochas artificiales.
Para cumplir dicho objetivo, la Guía Técnica tiene dos partes: la primera se refiere a la conceptualización del
proyecto y la conforman el planeamiento y su desarrollo; la segunda parte se refiere a los aspectos técnicos y
la conforman los aspectos de diseño de la infraestructura.
Poner un límite a lo que debería de llamarse pequeñas presas rústicas es algo arbitrario; sin embargo, se
considera que serían proyectos con alturas de diques menores a 1.50 m, uso total de materiales de la zona, de
construcción sencilla, con un alto aporte de mano de obra local y equipos comunes.
Es deseo que el presente documento coadyuve a la elaboración de mejores proyectos por parte de los
proyectistas y ejecutores y también permita un mejor control para su aprobación por parte de los evaluadores.
“Un planteamiento eficaz debe basarse en hechos e información, no en la emoción o el deseo”.
George Ferry
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GUÍA TÉCNICA
CONCEPTUALIZACIÓN
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1
SIEMBRA Y COSECHA DE AGUA
En el Perú un término acuñado en los últimos tiempos es la denominada “Siembra y Cosecha de Agua” como
una estrategia para reducir la vulnerabilidad de las poblaciones alto andinas a la reducción de la disponibilidad
del agua por los efectos e impactos del cambio climático.
La siembra y cosecha de agua se ha definido como un “arte o técnica de recolectar, captar y aprovechar el
agua de lluvia donde cae, escurre o infiltra para conservar y satisfacer los usos múltiples del agua y el medio
ambiente”1.
En este concepto se notan dos partes: aprovechar el agua donde cae y/o escurre (agua superficial), esto
corresponde al concepto de “cosecha”; y cuando el agua infiltra o es capturada por un acuífero (agua
subterránea) corresponde al concepto de “siembra”.
En ambos casos, éstas se aprovechan - en nuestras condiciones hidrológicas - en épocas de estiaje para las
actividades productivas o humanas.
Las formas de capturar en ambos casos son diversas; en términos de “cosecha” son los almacenamientos de
agua en condiciones naturales o artificiales con represamientos relacionados a la construcción de diques o
presas, siendo las condiciones del vaso de almacenamiento prácticamente impermeables; estas aguas luego
son derivadas y conducidas a los usos productivos o humanos. Otras formas son captación de neblinas o
cuando el agua que cae de la lluvia o por medios artificiales es directamente utilizada para cultivos a través de
prácticas agronómicas, como por ejemplo, las andenerías.
Cosecha de agua de aguas superficiales en qocha de mediana envergadura – Qocha Moccaca – distrito
Kunturkanki, provincia Canas, Cusco. Foto: Flavio Valer.
1 FAO, Manual de Captación y Aprovechamiento del Agua de Lluvia Experiencias En América Latina - Oficina Regional de
la FAO para América Latina y el Caribe, Santiago, Chile - 2000
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GUÍA TÉCNICA
Cosecha de agua de aguas superficiales en pequeña qocha - Qocha Kasillo Phatanga - Moccaca – distrito
Kunturkanki, provincia Canas, Cusco. Foto: Flavio Valer.
En “siembra” se tienen las recargas de acuíferos a través de zanjas o canales de infiltración o embalses
filtrantes con vasos altamente permeables, recargas que alimentan almacenamientos subterráneos como
las denominadas “dolinas” en zonas calcáreas; en éstas destacan las denominadas “amunas” que son una
práctica ancestral de recarga artificial de acuíferos en macizos rocosos de alta montaña. Son obras rústicas
que sirven para captar las aguas de escurrimiento de las lluvias en las alturas, arriba de los 4400 msnm, las
aguas son conducidas a través de acequias en tierra a curva de nivel, para luego infiltrarlas en zonas de suelos
pedregosos y rocas fracturadas altamente permeables, ubicadas encima de sus manantiales por los cuales
salen estas aguas infiltradas.
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
2 LAS QOCHAS
El término qocha (q´ocha) es una denominación quechua que significa charco, laguna, estanque, reservorio
pequeño; que permitía almacenar el agua proveniente de ojos de agua, de manantiales o puquios, para poder
usarla en riego o como abrevaderos para animales; también se indica que eran almacenamientos naturales
durante la época de lluvias y en otros que éstas eran controladas por diques rústicos. En todo caso, éstas
pueden ser naturales, cuando se forman en una depresión, donde con la intervención del hombre, se ha
mejorado la capacidad de almacenamiento de agua mediante la construcción de un pequeño dique, el cual
genera un área más grande de almacenamiento.
2.1. ORIGEN
En áreas periglaciares muchas de las qochas naturales con aguas permanentes o temporales son de origen
glaciar, que en su avance han arrastrado materiales que luego en su retroceso han quedado acumulados
conformando un circo o dique denominados como “morrenas”; en estos casos, generalmente el subsuelo
está formado por una mezcla compactada de arcilla, arena y grava, haciendo que el vaso sea impermeable,
sobre todo encima de los 4000 msnm.
Foto: Qocha conformada por una morrena.
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GUÍA TÉCNICA
Qochas naturales también se han conformado con distinto origen y sobre distintos materiales, así tenemos los
vasos “cársticos” (calcáreos); en estos casos, es inminente la presencia de “tragaderos” - que al subir el nivel
del embalse - se pierden estas aguas; por debajo de los 4000 msnm es posible encontrar qochas sobre cauces
con estratos de gravas y arena altamente permeables.
Foto: Qocha filtrable entre un circo de rocas cársticas.
Casos especiales de qochas “endorreicas”, es decir, sin cauce de salida, indican que tienen fuertes filtraciones.
Éstas generalmente mantienen manantes en las partes bajas. Se puede afianzar su función de infiltración con
un canal de trasvase o alimentación.
Foto: Qocha endorreica; no tiene cauce salida, el agua se pierde por filtración y evaporación.
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
Foto: Qocha endorreica al centro.
2.2. CLASIFICACIÓN
Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores las qochas pueden clasificarse de acuerdo a la naturaleza
del vaso en:
Qochas de cosecha de agua o de almacenamiento, vaso de poca permeabilidad, el agua permanece un mayor
tiempo en el vaso y desciende lentamente sobre todo por evaporación.
Qochas de siembra de agua o de recarga de acuíferos, vaso de alta permeabilidad, el agua no permanece
mucho tiempo y desciende con rapidez; llegando a secarse en la mayoría de los casos, mantiene manantes o
afloramientos de agua conformando zonas húmedas.
Qochas mixtas de siembra y cosecha de agua, presentan las dos características “siembra y cosecha de agua”.
Estas qochas se caracterizan por presentar un vaso homogéneo que lo conforman terrenos semipermeables o
vasos estratificados con presencia de estratos semipermeables y permeables.
Qocha filtrable, nótese a la salida la zona húmeda usada para el pastoreo – Comunidad de C´jana Hanansaya –
Kunturkanki - Sector Vaivilla, provincia Canas, Cusco. Foto: Flavio Valer.
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Batería de qochas en ámbitos periglaciares, se tiene un conglomerado de qochas que alimentan a Phinaya, sector
Canllini, provincia Canchis, Cusco. Foto: Proyecto Glaciares+, Cusco – Care Perú.
Qocha para almacenamiento y siembra de aguas superficiales – Comunidad de Salicancha, distrito Ocongate,
provincia Quispicanchi, Cusco. Foto: Flavio Valer.
2.3. ELEMENTOS QUE CONFORMAN UNA QOCHA
Los elementos que permiten la conformación de una qocha, son los siguientes:
Elementos básicos
Cuenca tributaria o de escurrimiento. Es la zona alta y corresponde al área de captación y circulación del
agua de lluvia hasta desembocar en la qocha.
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
Área de almacenamiento e infiltración. Es el área natural acondicionada que ocupa el agua al ser almacenada
de manera natural y artificial. El almacenamiento puede ser permanente o eventual, dependiendo de las
características hidrológicas (estacionalidad de las lluvias), hidrogeológicas de la cuenca (aguas superficiales
y subterráneas) y de la capacidad de almacenamiento y la permeabilidad del vaso. La superficie de
almacenamiento es oscilante siendo mayor en la temporada de lluvia y menor en la época de estiaje.
Área de influencia. Es la zona ubicada por debajo de la qocha, donde se generan los beneficios por acción
de la recarga e infiltración del agua o conducción de agua. Aparecen o se mejoran humedales o bofedales y
además, hay un repoblamiento de pastos naturales.
Dique. Consiste en un muro artificial construido con piedras, champas y tierra compactada, para evitar que el
agua discurra por el cauce natural y asegura el almacenamiento de agua deseado.
Elementos de seguridad
Aliviadero de demasías. Es una infraestructura construida a un extremo de la parte superior del dique, para
evacuar el exceso de agua de la qocha y evitar la erosión y destrucción del dique. El modo de evacuación del
aliviadero puede ser de forma frontal o de forma lateral; esto depende de la longitud del aliviadero, siendo
más adecuado este último para aliviaderos alargados.
Retenedores de sedimentos. Son arreglos rústicos (montículos de piedra y tierra o zanjas) construidos antes
del ingreso del agua al área de almacenamiento, para evitar la entrada de materiales que colmaten el vaso, lo
que reduciría el volumen de almacenamiento y la capacidad de infiltración.
Este aspecto puede ser extendido al ámbito de la cuenca colectora para el tratamiento de la erosión o procesos
geodinámicos con la implementación de zanjas de infiltración, reforestación, clausuras, manejo de pastos,
bancales.
Trasvases. Son canales o acequias de recargas colectoras, cuya función es recolectar el agua de escorrentía de
laderas o quebradas adyacentes al área tributaria y así asegurar, reforzar o potenciar la recarga en la qocha.
También pueden captar las aguas de infiltración de otras lagunas, manantes o bofedales ubicados en las
partes altas. De esta manera, se incrementará el volumen de agua que está en descenso en época de sequías.
Elementos de uso
Acequias de excedencia. Sirven para derivar y conducir el agua excedente en el aliviadero, lo cual sucede
en épocas de lluvias, permitiendo mejorar la humedad en zonas secas de la parte baja de la qocha. Si las
condiciones topográficas son favorables, estas acequias pueden ser construidas a nivel (pendiente cero) y se
convierten en acequias de recarga del acuífero.
Qocha con canal para excedencias – Comunidad de Phinaya, sector Canllini, Distrito de Phinaya.
Foto: Proyecto Glaciares+, Cusco – Care Perú.
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GUÍA TÉCNICA
Qocha con canal para riego de pastos y bofedales - Comunidad de C´jana Hanansaya – Sector Vaivilla, distrito
Kunturkanqui, provincia Canas, Cusco. Foto: Flavio Valer.
Salida con tubería. Sirve para regular la salida de agua con fines de utilizarla aguas abajo o para un desagüe
en caso de emergencias o mantenimiento; se colocan en la parte baja del dique y en suelo natural firme,
generalmente en algunos de los extremos del dique, evitando colocarlo en el cuerpo del dique el cual puede
estar sujeto a hundimientos o asentamientos. Consta de una caja de toma y una tubería de PVC controlada
con una válvula al final de la misma, que se protege con una caja de válvula.
CRESTA
CARA AGUAS
ARRIBA
CARA AGUAS
ABAJO
BORDE LIBRE
AGUA
1
Z
CAJA DE
SEGURIDAD
RESPALDO
RESPALDO
TRAMPA DE
SEDIMENTOS
CIMENTACIÓN
Fig. Colocación del1.20
tubo- 1.50
conductor de agua.
Fuente: Desco, Cosecha de Agua una práctica ancestral - 2008.
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Caja de toma de entrada que atrapa sedimentos.
Foto: Desco, Cosecha de Agua una práctica ancestral -2008.
Caja de seguridad de válvula
Foto: Desco: Cosecha de Agua una práctica ancestral -2008.
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GUÍA TÉCNICA
3 PEQUEÑOS DIQUES RÚSTICOS
3.1. CARACTERÍSTICAS
Un dique - sea natural o artificial - es la estructura que permite realmente la retención y el almacenamiento
de agua; desde tiempos ancestrales se han construido diques de diferente naturaleza, usando diversos
materiales, desde las simples champas o ramas con piedras y de forma tosca y grosera es decir “rústicas”,
hasta las sofisticadas grandes presas de tierra compactada con mantas impermeables y de concreto mal
llamadas de material “noble”.
Es decir, que estas denominaciones están en función de los materiales utilizados (locales o externos) y la forma
de trabajo (poco trabajado o refinado).
Las características de los materiales locales a utilizar en las pequeñas presas rústicas como tierra compactada,
arcillas, piedras y champas se enmarcan en la tipología de “materiales sueltos” cuyos criterios de uso están
dados porque no necesitan cimientos de suelos especiales, son de baja altura y es posible en su construcción
el uso masivo de la mano de obra local y equipos de uso común.
Dique de tierra compactado con tractor – qocha Moroccaca, Comunidad de Pucacancha – distrito Kunturkanki,
provincia Canas, Cusco. Foto: Flavio Valer.
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Dique conformado con rocas y tierra – comunidad de Quillihuara – distrito Kunturkanki, provincia Canas, Cusco.
Foto: Flavio Valer.
Dique de champas – Comunidad de Llullucha – distrito Ocongate, provincia Quispicanchi, Cusco.
Dique de champas, nótese la altura del dique – Comunidad de Pallca – distrito Ocongate, provincia Quispicanchi,
Cusco. Foto: Flavio Valer.
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GUÍA TÉCNICA
Dique de champas – Apurímac. Foto: Jaime Pérez
Dique de piedras y champas – Apurímac. Foto: Jaime Pérez.
Dique de champas e ichu – Colquepata – Cusco. Foto: Flavio Valer.
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Dique de piedra y tierra arcillosa – Comunidad de Quillihuara – distrito Kunturkanki,
provincia Canas, Cusco. Foto: Flavio Valer.
Dique de champas con ichu – Comunidad Pucacancha – distrito Kunturkanki, provincia Canas, Cusco.
Foto: Flavio Valer.
Dique de tierra compactado con tractor y protección de muro de piedra – Comunidad de Phinaya – Sector Pacco,
distrito Pitumarca, provincia Canchis, Cusco. Foto: Proyecto Glaciares+ Cusco – Care Perú.
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Dique inconcluso de piedra y champas sin reforzar - comunidad de Choquemarca – Curahuasi - Apurímac.
3.2. PARTES DE UN DIQUE DE MATERIALES SUELTOS
El dique es un muro de forma trapezoidal con la base más ancha (parte inferior). Consta de las siguientes
partes básicas:
Cimiento.- Es la base o desplante del dique, la cual queda enterrada en la zanja en terreno firme una vez
retirado el material indeseable y sostiene la estructura.
Dentellón o atraque.- Se ubica por debajo de la fundación; debido al cambio de materiales entre el dique y el
cimiento, este integra la estructura entre estos, hace una función de atraque evitando que se corra la estructura
haciéndola más estable por la disminución de filtraciones entre el dique y el cimiento disminuyendo fallas por
sifonamiento.
Taludes internos y externos.- El talud interno es la cara que está en contacto directo con el agua y la externa
es la cara posterior; sus inclinaciones están bajo el criterio de guardar la configuración y su estabilidad en
contra de una falla por deslizamiento del talud; otro criterio es mantener los niveles de filtración en rangos
adecuados que eviten fallas por sifonamiento.
Corona.- Es la parte superior del dique, su amplitud depende de los equipos utilizados para su compactación
(por su desplazamiento: tractor 3m, o mano de obra: menor a 3 metros) y criterios pare el tránsito.
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
GUÍA TÉCNICA
22
TALUD INTERIOR
Fig. Partes de un dique
DENTELLON
DIQUE
CORONA
CIMIENTO / DESPLANTE / FUNDACIÓN
TALUD EXTERIOR
NIVEL DEL SUELO
PLANEAMIENTO PARA
LA CONSTRUCCIÓN DE
DIQUES RÚSTICOS
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
1 OBJETIVOS Y ALCANCES
En general, una adecuada planificación para la implementación de pequeñas presas rústicas en ámbitos
periglaciares debe asegurar los aspectos siguientes:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
Que el agua llegue a la mayoría de usuarios en la cantidad requerida.
Inventario, identificación y selección de qochas bajo criterios establecidos.
Ubicación y usos consuetudinarios de qochas o embalses.
Que las familias estén predispuestas a dar una contraparte.
Que las estructuras de los diques sean estables y seguras y que existan las estructuras para la seguridad
y operación del agua de almacenamiento en buen estado.
Que el sistema de diques en conjunto sea adecuado y que no representen una construcción y
mantenimiento costosos y agotadores para los usuarios.
Costo razonable, que permita un beneficio-costo positivo del proyecto.
Facilidades de operación y mantenimiento.
La ingeniería del proyecto comprende:
- El planeamiento hidráulico, que viene a ser la concepción hidráulica del proyecto de diques.
- Obras complementarias (ej.: aliviaderos, tomas, trasvases, canales de excedencias).
- El diseño de las obras de diques proyectados con costos y especificaciones técnicas.
Planeamiento hidráulico:
El planeamiento hidráulico de los diques deberá determinar los parámetros siguientes:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
j)
k)
Caudales de escurrimientos de las cuencas
Requerimientos hídricos de almacenamiento (evaporación, infiltración, consumo animal y riego de
pastos)
Modalidad de aprovechamiento del agua de lluvia (almacenamiento superficial y/o subterráneo)
Volúmenes de almacenamientos de las qochas
Alturas de los diques
Caudales máximos de evacuación
Materiales de construcción existentes en la zona
Disponibilidad de equipos y maquinarias
Disponibilidad de mano de obra
Existencia de caminos de acceso
Familias beneficiarias
24
GUÍA TÉCNICA
2
DISEÑO DE OBRAS
El diseño de las obras de ingeniería comprenderá:
a)
•
•
•
•
b)
•
•
•
•
c)
•
•
3
Obras de almacenamiento (dique)
Corona
Taludes interno y externo
Fundación
Dentellón
Obras de seguridad
Aliviaderos
Protección de taludes
Trasvases
Control de sedimentos (zanjas de infiltración, diques retenedores)
Obras de uso
Tomas
Canales de excedencias
ASPECTOS A CONSIDERARSE EN EL
PLANEAMIENTO DE UN PROYECTO DE
PEQUEÑOS DIQUES
a) Viabilidad económica
Considera que el proyecto debe ser económicamente ventajoso bajo los patrones locales.
La medición de este concepto se hará mediante la evaluación económica.
Las condiciones para la viabilidad de este concepto que deberán considerarse en un proyecto de embalsamiento
son:
a.
b.
c.
d.
e.
f.
Existencia de mercados adecuados que demanden la producción a ofertarse.
Que la actividad prioritaria de la población meta sea la pecuaria.
Servicios e insumos que permitan una producción a costos razonables.
Ubicación geopolítica adecuada de la zona respecto al mercado, relacionado mediante una adecuada
infraestructura vial y telecomunicaciones.
Población meta con conocimientos, experiencia y organización adecuados que permitan absorber
tecnologías y retos empresariales de una producción acorde a los mercados.
Infraestructura de almacenamiento eficiente y con costos operativos y de mantenimiento al alcance
de los usuarios.
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
b) Viabilidad social
Considera que el proyecto sea de verdadero interés de la población meta y que ésta participe en la planificación
y ejecución del proyecto.
En este aspecto deben considerarse los elementos siguientes:
a.
b.
c.
d.
e.
f.
Que el proyecto sea de interés en conjunto de los diversos estratos sociales, con aceptación de los más
pobres, determinado en talleres participativos.
Que no existan contradicciones serias de la población, sean éstas políticas o de grupos de interés.
Para afrontar el proyecto deberá existir o crearse una organización de los beneficiarios, debidamente
capacitada, que permita su participación activa en la planificación, ejecución, operación y
mantenimiento del sistema.
Es muy conveniente que previo a la ejecución del proyecto, se tengan acuerdos sobre las modalidades
de distribución del agua y las tarifas de pago para acciones de operación y mantenimiento.
Acuerdos de la población beneficiaria, instituciones y autoridades sobre el aporte para la ejecución
del proyecto con compromisos legales, usualmente se traduce en el apoyo de asistencia técnica, mano
de obra no remunerada y equipos de uso común e insumos como el combustible.
La asunción del liderazgo comunal en la gestión del proyecto ante la institucionalidad y sus autoridades.
c) Viabilidad ambiental
Considera que el proyecto no debe afectar negativamente al medio ambiente.
Deben considerarse los siguientes aspectos:
a.
b.
c.
d.
Efectos del embalsamiento y el dique aguas arriba y abajo.
Efectos de uso de materiales de construcción de zonas aledañas por la destrucción de cobertura
vegetal.
Efectos de caminos de acceso.
Efectos de canales de trasvases.
Los principales peligros ecológicos en los sistemas de represamientos son:
•
•
•
•
•
•
•
Aparición de organismos trasmisores de enfermedades por el cambio hídrico de la zona de riego o
espejos de agua de embalses.
Transmisión de enfermedades entre animales silvestres (vicuñas) y domésticos (alpacas, llamas).
Incremento de agroquímicos en el área de pastoreo, que produce contaminación de aguas de
escorrentía.
Desecamiento de bofedales.
Erosión por riego de pastos en laderas.
Consecuencias ecológicas por cambios en la utilización del agua, de la tierra y distribución de la
población.
En los ríos captados o embalses, cambios ecológicos aguas abajo, por cambios en caudales, velocidad,
temperatura, profundidad y sedimentos en los almacenamientos naturales.
26
GUÍA TÉCNICA
d) Consideraciones técnicas
Se refiere a una concepción integral y adecuada del proyecto; comprende los siguientes aspectos:
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
i.
Concepción del proyecto de embalse en el marco de una planificación de cuencas y adecuación al
cambio climático.
Infraestructura de embalse adecuada a los requerimientos técnicos, económicos, operativos y de
mantenimiento.
El estudio de ingeniería debe incluir todas las alternativas viables.
Elaboración de estudios y cálculos básicos de ingeniería.
Determinación del tipo de almacenamiento que puede ser filtrable o para almacenar, permanente
o estacional y también con plena satisfacción de la demanda de agua de los pastos o animales o con
satisfacción deficitaria.
Sistema de operación y mantenimiento (O + M) adecuado a las características sociales, culturales y
económicas de la población beneficiaria.
Modelo de desarrollo pecuario.
Plan de ejecución adecuado de acciones y recursos financieros.
Monitoreo y evaluación adecuado de las acciones del proyecto.
e) Consideraciones legales
Deben considerarse los aspectos siguientes:
a.
b.
c.
d.
e.
f.
Derechos de agua de la fuente hídrica a utilizarse y de los usuarios.
Derechos de paso para las obras de almacenamiento y otras.
Titulación y derechos de uso sobre la tenencia de la tierra.
Rol del Estado sobre la propiedad del agua.
Consideraciones legales sobre las organizaciones existentes o por formarse.
Presencia de instancias administrativas para superar litigios internos sobre derechos de agua y
tenencia de tierras.
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GUÍA TÉCNICA
ASPECTOS TÉCNICOS
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
1 PLANTEAMIENTO DEL DIQUE
1.1. TIPOLOGÍA DE DIQUES
1.1.1. DIQUE RÚSTICO DE PIEDRA CON NÚCLEO DE ARCILLA
Es un dique compuesto y consiste en un cuerpo de piedras colocadas en seco, con un núcleo impermeable
arcilloso; aguas arriba el material pedregoso protege contra el oleaje y el talud aguas abajo se protege con
champas sobre una capa de materia orgánica. La altura del dique se limita hasta 1.50m; no se necesitan
cimentaciones especiales y su construcción se hace íntegramente con mano de obra local. Este tipo de dique
se realiza cuando no se tiene acceso para el traslado de materiales o maquinaria y se dispone de materiales
cercanos de arcillas, champa y abundancia de piedras.
Ancho de la corona
Para diques muy pequeños muchas veces ésta viene definida por el ancho necesario para fines de tránsito de
personas para labores de inspección y mantenimiento del dique, para lo cual podría considerarse un ancho
mínimo de 1.20m; sin embargo, existen fórmulas para dicho fin, así tenemos:
e = H - 0.50m
e = Ancho de la corona (m)
H = Altura de agua de almacenamiento (m)
Así tenemos, si la altura de agua es de 1.50m
e = 1.50 – 0.50 = 1.00m
Taludes
En el caso de disponer de piedra redondeada, es conveniente que la estructura del dique tenga talud aguas
arriba y aguas abajo de 1:1. Lo que significaría un ancho de base de 4 veces el ancho de la corona.
En el caso de uso de piedras planas o lajas los taludes recomendables son 1:0.5 a 1:0.75; significando un ancho
en la base de 3 veces el ancho de la corona, estas piedras “amarran mejor”, es decir, se traban entre ellas.
Ancho y profundidad del dentellón o atraque
El ancho del dentellón es igual al ancho de la corona; y en el caso de su profundidad, cuando el terreno donde
se funda es impermeable está sujeto a la profundidad de eliminar materiales indeseables como materia
orgánica, en este caso se considera una profundidad mínima del dentellón de 0.50m. Cuando la cimentación
es permeable la profundidad del dentellón se puede ahondar hasta encontrar un estrato impermeable.
Núcleo de arcilla
El núcleo de arcilla tiene como función la impermeabilización del dique, se coloca generalmente al centro del
dique en toda su altura desde la corona hasta la fundación del dentellón de atraque, cuando se construye
manualmente su ancho debe ser de 0.80m para comodidad de la compactación.
30
GUÍA TÉCNICA
Protección con champa
La protección con champa se realiza sobre la corona y el talud aguas abajo; para ello se utilizará tierra negra
con un espesor mínimo de 20cm, la cual deberá estar semicompactada.
El talud donde se colocarán las champas no será menor de 1:1.5 y el tamaño de los cespellones (champas)
oscilará entre 25 a 60cm.
Para cubrir la cara externa y la parte superior del dique se sugiere usar champas provenientes de bofedales,
las cuales tienen especies vegetales con un mejor desarrollo radicular. Algunas especies son las siguientes:
•
•
•
Aciachne pulvinata (Poaceae)
Distichia muscoides (Juncaceae)
Werneria sp. (Asteraceae)
Entre ellas destaca la Distichia muscoides (kunkuna), la cual presenta propiedades biológicas que la hacen
excelente para desempeñar una función de protección de los taludes y actuar como impermeabilizante. Estas
propiedades se sustentan por su alta densidad y capacidad de formar almohadillas muy compactas en la
parte superficial, así como en la parte interna, por el fuerte enraizamiento de cada planta (la longitud de las
raíces en promedio alcanza 0.80 a 1.20 m).
Es una juncácea, de porte herbáceo, cespitosa, perenne, pulviniforme, de rizoma erguido, ramificado; tallo
de 5-10cm de tamaño, bastante foliado; hojas aciculares, duras y puntiagudas, dísticas, estrechamente
imbricadas, vainas grandes y amplias, de 6-8mm, comprimidas lateralmente, engrosadas en el envés y
membranosas hacia el borde, de margen angosto, hialino, terminadas en la parte superior en dos aurículas
mediocres. Planta dioica, flores solitarias; flor masculina con pedicelo alargado, perianto con seis segmentos
sepaloides, tres estambres ditésicos y basifijos; la flor femenina nace en una bráctea y apenas emerge, poco
aparente, de ovario globoso; su fruto es una cápsula.
Distichia muscoides – Comunidad de Phinaya - Sector Pacco, distrito Pitumarca, provincia Canchis, Cusco.
Foto: Proyecto Glaciares+, Cusco – Care Perú.
31
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
El uso principal de esta planta es forrajero (Tapia y Flores, 1984)2. También se usa como combustible; los
pobladores recogen esta planta en forma de pequeños cuadrados o adobes que guardan cerca de sus viviendas
y los usan para cocinar y mantener calefacción en el interior de sus viviendas (Ferreyra, 1979) 3. Crece en suelos
fangosos, bofedales, turberas, ocqonales y otros y se distribuyen especialmente en las partes altas de la sierra
centro y sur del Perú y Bolivia.
Fig. Detalle de la 1.20
Distichia
muscoides (kunkuna)
- 1.50
0,8
MATERIA ORGANICA
.25
PIEDRAS GRANDES
1
NUCLEO CON SUELO ARCILLOSO
1.00 A 1.50M
1- 1.5
0.75 - 1
1
0.50
1.00 A 0.75
PIEDRAS GRANDES
0.80
Fig. Dique rústico de piedra con núcleo de arcilla
DIQUE RUSTICO DE PIEDRA CON NUCLEO DE ARCILLA
2 TAPIA, M.; FLORES, J., 1984. Pastoreo y Pastizales de los Andes del Sur del Perú. Programa de Investigación en Rumiantes Menores. INIA, 321 pp. Lima (Perú).
3 FERREYRA, R. 1979. Sinopsis de la flora peruana, Gymnospermas y Monocotiledóneas. Los Pinos, Lima.
32
GUÍA TÉCNICA
1.1.2. DIQUE RÚSTICO DE TIERRA CON PROTECCIÓN DE MURO
DE PIEDRA
Clasificado como dique homogéneo, está compuesto por un solo material, excluyendo el material de protección
para los taludes. El material debe ser lo suficientemente impermeable para formar una barrera efectiva para el
agua. Consiste en un cuerpo de tierra compactado con tractor con un muro de piedras aguas arriba colocadas
en seco que protege contra el oleaje; y el talud aguas abajo se protege con champas sobre un talón de piedras
como drenaje. La altura del dique se limita hasta 1.50m y no se necesitan cimentaciones especiales. Este tipo
de dique se limita al acceso para el traslado de materiales o maquinaria y se dispone de materiales cercanos
de tierra arcillosa, champa y piedras y escasa mano de obra local.
El dique debe cumplir las siguientes condiciones:
•
•
•
•
•
•
•
Debe tener taludes estables bajo todas las condiciones de construcción y operación del vaso.
Debe controlar las filtraciones a través de él.
Debe estar seguro contra rebosamientos.
Los taludes deben estar seguros contra la erosión.
El costo debe ser mínimo y el uso de materiales económicos a disposición máxima.
El tractor debe compactar cada treinta centímetros de tierra acumulada, acomodando la tierra de
los costados sobre el dique para evitar que se anche cada vez más, se puede hacer manualmente o con
la ayuda del tractor dependiendo del acceso.
Para evitar que la compactación sea únicamente por donde pasan las llantas de la maquinaria se
recomienda compactar con compactadora (sapito); si se tiene un pequeño rodillo podría usarse
optimizando el tiempo.
Existe peligro de licuación de talud, especialmente cuando el desembalse es rápido y/o, después de un
largo tiempo de embalsamiento.
Ancho de la corona
Cuando el compactado se hace con tractor o motocompactadora:
e = H/5 +3
e = Ancho de la corona (m)
H = Altura de agua de almacenamiento (m)
Así tenemos si la altura de agua es de 1.50m
e= 1.50/5 +3= 3.30m
Ancho y profundidad del dentellón o atraque
El ancho del dentellón es igual al ancho de la corona; y en el caso de su profundidad, cuando el terreno donde
se funda es impermeable está sujeto a la profundidad de eliminar materiales indeseables como materia
orgánica; en este caso se considera una profundidad mínima del dentellón de 0.50m. Cuando la cimentación
es permeable la profundidad del dentellón se puede ahondar hasta encontrar un estrato impermeable.
33
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
Protección del talud
La protección del talud aguas arriba será un muro de piedra colocada manualmente con un talud 1/0.75.
En un dique homogéneo es inevitable que ocurran filtraciones que emerjan aguas abajo, por lo que es
necesaria la construcción de filtros al lado aguas abajo. Si la fundación es semipermeable o impermeable, un
filtro de piedras en el talón aguas abajo, es conveniente para deprimir la napa del flujo de agua y evitar que
las filtraciones salgan a mitad de dique y éste pueda desmoronarse. La altura del talón de piedra será 1/3 de la
altura total del dique y su talud será de 1:1.5.
Protección con champa
La protección con champa se realiza sobre la corona y el talud aguas abajo; para ello, se utilizará tierra negra
con un espesor mínimo de 20cm, la cual deberá estar semicompactada.
El talud donde se colocarán las champas no será menor de 1:1.5 y el tamaño de los cespellones, oscilará entre
25 a 60cm.
Fig. Dique rústico de tierra con protección muro de piedra
1.1.3. DIQUE RÚSTICO DE CHAMPAS CON NÚCLEO DE ARCILLA
En zonas periglaciares es muy común encontrar qochas ligadas a la presencia de bofedales, cuyas características
mecánicas de soporte no son las más adecuadas para fundaciones de estructuras por su baja capacidad de
soporte. Estas generalmente tienen un determinado espesor que depende de su origen, luego se presentan a
mayor profundidad suelos de mayor calidad portante.
Un bofedal se caracteriza por una mezcla de materia orgánica, vegetación, raicillas y suelo en diferentes
proporciones altamente saturadas y movedizas; su parte superior generalmente presenta una vegetación
compacta, reconocida como “champas” de diversos tipos dependiendo de la vegetación que la conforma.
34
GUÍA TÉCNICA
Bofedal, nótese el material fangoso – Comunidad de Phinaya, sector Pacco, Laguna Itaya – distrito Pitumarca,
provincia Canchis, Cusco. Foto: Proyecto Glaciares+, Cusco – Care Perú.
La cimentación sobre estos terrenos fangosos es de especial interés, ya que muchas veces es necesaria
afrontarla en labores de almacenamiento con la conformación de diques. Estos terrenos con estructuras
pesadas pueden sufrir asentamientos considerables; estos asentamientos pueden aminorarse si se utiliza para
el cuerpo de la presa el mismo material del bofedal, es decir, las champas que son de bajo peso (700 kg/m3) y
para lograr su impermeabilización el uso de un núcleo de material arcilloso seco compactado manualmente o
motocompactadora (sapito) que se funda sobre el suelo de mejor calidad portante.
Para diques pequeños hasta de 1.50m de altura se recomienda un ancho en la corona de 1.50m; y taludes aguas
arriba y abajo bastantes extendidos 1:2 para disipar el peso de la estructura. Para la protección de taludes se
recomienda el uso de la champa denominada “kunkuna” (Distichia muscoides) por ser más compacta; el uso
de champas arcillosas es mejor que las champas arenosas.
En los tres tipos de diques se recomienda realizar el champeo al inicio de la época de lluvias para asegurar su
prendimiento.
El ancho del núcleo de arcilla se considera en 0.80m y su profundidad será hasta el área impermeable y/o
estable.
Se espera que estas estructuras manifiesten asentamientos por la naturaleza de la fundación como por la
pérdida de agua del material; por lo que las champas al ser colocadas deben estar algo secas y algo más
elevadas que la altura de diseño, para prever los asentamientos.
En este caso, de ninguna manera la estructura del vertedero debe estar en el cuerpo del dique sino hacia la
ladera en terreno firme; y para la construcción del dique deben realizarse labores de drenaje antes de empezar
la obra. El uso de maquinaria no sería recomendable.
35
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
1.2. UBICACIÓN DEL DIQUE
La ubicación del dique exige condiciones topográficas, hidrológicas, geológicas y de mecánica de suelos.
Para la ubicación debemos tener siempre presente que la qocha debe almacenar y/o filtrar la mayor cantidad
de agua y la longitud del dique debe ser lo más angosta posible para así obtener el máximo beneficio con el
menor costo.
Condiciones hidrológicas
El sector elegido debe tener características para un buen almacenamiento, es decir, sea una laguna natural
antigua o una depresión de suelo con poca escorrentía, de topografía suave y área extensa, área tributaria
suficiente para que la escorrentía garantice el escurrimiento necesario y abastecimiento para lograr que se
llene el vaso.
Se recomienda construir los diques en temporada seca, así se asegura que el agua de la laguna haya retrocedido
y la construcción del dique invada el área del espejo de la laguna, para asegurar la estabilidad del dique con
respecto a la pendiente de salida.
Condiciones topográficas
Las condiciones topográficas son necesarias para tener un estrechamiento topográfico suficiente para
conformar la boquilla donde se ubique el dique de tierra, y así favorecer la economía y la técnica de construcción
de dicho dique. Mientras más corto sea, se utilizará menos material, se realizará una buena compactación y
garantizaremos la eficiencia del represamiento (solidez y duración). La pendiente del escurrimiento superficial
a la salida de la zona de almacenamiento con pendientes entre 0 a 2%, pues a menor gradiente el dique se
conserva mejor y cuando se presentan lluvias torrenciales y ocurran las avenidas éstas no golpeen con fuerza
el muro de tierra; por otro lado, evitar que el dique sea excesivamente alto para el volumen deseado lo cual
implicaría un mayor costo.
Condiciones geológicas, geotécnicas
Las condiciones geológicas son necesarias para que el dique tenga la capacidad de resistir el peso y las
características de la permeabilidad del cimiento.
Es así que el dique no debe estar ubicado demasiado cerca al área de almacenamiento ya que generalmente
en aquella se encuentran suelos orgánicos (turbas) que dificultan la construcción con excavaciones profundas
y requieren costosas obras de drenaje. Si el área cercana al almacenamiento no tiene suelos altamente
orgánicos se puede invadir el área de la laguna principalmente en época de estiaje.
Las condiciones de mecánica de suelos se exigen para contar con bancos de materiales arcillosos, piedras y
champas cercanos y que proporcionen la impermeabilidad necesaria en el dique de almacenamiento.
36
GUÍA TÉCNICA
1.3. ESCURRIMIENTO
1.3.1. ÁREA DE ESCURRIMIENTO DE LA CUENCA
El levantamiento de la cuenca se realiza para determinar la superficie de la misma y la forma de concentración
de las aguas, con el fin de utilizar estos datos como base para el estudio hidrológico del proyecto.
En cuencas pequeñas de escurrimiento (pocas hectáreas), es necesario ubicar primero la “cuchilla” de los cerros
que lo circundan, haciendo un recorrido del mismo y mediante un “trakeo” con GPS, se tiene directamente la
superficie del área de la cuenca de escurrimiento.
En cuencas grandes con la tecnología actual de imágenes satélite se puede determinar la superficie de la cuenca
además que se obtiene información sobre la naturaleza del suelo (zonas rocosas) y la cobertura vegetal, para
fines de determinar el coeficiente de escorrentía con mayor precisión. Para el mismo fin se pueden utilizar las
cartas del IGN.
Otros procedimientos para el levantamiento de las cuencas pueden ser mediante métodos más tradicionales:
se correrá una poligonal en toda su longitud, debiendo verificar su cierre; se trazarán las poligonales
auxiliares necesarias, ligadas a la perimetral, para localizar los cauces principales que determinen la forma de
concentración del agua y las pendientes generales de la cuenca.
La precisión de estos levantamientos no debe ser mayor de 1:100 y los cierres en las poligonales de apoyo
1:500.
1.3.2. VOLUMEN DE ESCURRIMIENTO
Este escurrimiento se determinará en forma anual con la fórmula siguiente:
V=CIA
Donde:
V = Volumen anual (m3/año)
C = Coeficiente de escurrimiento
I = Precipitación total anual (m/año)
A = Área de cuenca (m2)
Para la utilización de los coeficientes de escurrimiento (C) se pueden considerar los valores siguientes anuales:
- Para cuencas pequeñas (hasta 5 km2) en la sierra, a alturas mayores a 3500 msnm y con terreno rocoso con
mucha pendiente:
C = 0.60 a 0.70
- Para cuencas mayores a esta altura, generalmente ya incluyen áreas de pampas y pantanos:
C = 0.50
37
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
- Para cuencas de altiplano, según el porcentaje de terreno de Sierra:
C = 0.30 a 0.50
- Para la lluvia que cae directamente en el embalse previsto:
C = 1.00
Así tenemos:
Superficie de cuenca: 4.5 ha (45000 m2)
C= 0.60 (rocoso con pastos ralos)
I= 700 mm/anual (0.70m/año)
V= CIA
V= 0.60 x 0.70 x 45000
V= 18,000 m3/año
1.4. VOLUMEN DE ALMACENAMIENTO
1.4.1. ÁREA DE ALMACENAMIENTO
En lagunas o qochas pequeñas donde la topografía del lugar es obvia para la ubicación del dique, para
determinar la superficie del área inundada se deberá realizar un reconocimiento ocular cuidadoso del vaso,
haciendo un recorrido del mismo y mediante un “trakeo” con GPS se tiene directamente la superficie del área
de almacenamiento.
Donde existan dudas sobre la ubicación del dique por la dificultad topográfica de la zona o se tengan
alternativas de ubicación del eje del dique; así mismo, se presenten dudas sobre la presencia de otro posible
desfogue, será necesario realizar un levantamiento topográfico del área por métodos tradicionales.
1.4.2. ALTURA MÁXIMA DE ALMACENAMIENTO
a)
En qochas con aguas permanentes se elevará el dique, la altura para el volumen de almacenamiento
potencial se puede determinar con suficiente aproximación dividiendo el volumen de escurrimiento
de la cuenca entre el área de almacenamiento; así tenemos:
Volumen de escurrimiento = 18,000 m3/año
Superficie de la laguna= 0.5 ha (5000 m2)
Altura potencial de almacenamiento (H):
H = 18,000/5000
H = 3.6 m
Si la topografía del emplazamiento del dique no permite almacenar esta altura en términos económicos o
sociales y supongamos que la altura permitida es de 1.20m; entonces el volumen de almacenamiento será:
Volumen de almacenamiento= Superficie de la laguna x 1.20m
38
GUÍA TÉCNICA
Volumen de almacenamiento= 5000 x 1.20
Volumen de almacenamiento = 6000 m3
b)
En qochas nuevas o secas, para determinar los volúmenes a almacenar, se tendrá que hacer uso
del levantamiento topográfico a curvas de nivel y obteniendo las áreas promedio entre curvas de nivel,
multiplicado por la diferencia de curvas de nivel; es decir, la altura que es constante, se obtiene un
grafico de curva de altura-volumen; donde se puede determinar el volumen acumulado para la altura
de dique deseado.
En el siguiente gráfico se muestra la curva altura - volumen.
Curvas Área y Volumen en Función a la Altura de la Presa
Cálculo del Volumen de Almacenamiento
Presa Chaquicocha (Pallpa)
Altitud
msnm.
Area
(m2)
Volumen
Parcial
(m3)
Volumen
Acumulado
(m3)
4070.00
5.842
4070.50
11.333
4.294
4.294
4071.00
20.516
7.962
12.255
4071.50
28.271
12.197
24.452
4072.00
32.795
15.266
39.719
4072.50
38.367
17.790
57.509
4073.00
42.919
20.322
77.831
4073.50
46.880
22.450
100.281
4074.00
50.761
24.410
124.691
Con. Pract.
Conserv.
(m3)
69.406
1.4.3. EVAPORACIÓN
En la Sierra la evaporación anual llega a 1500 mm, con variación según la estación de 3 a 5 mm/día, pudiendo
usarse un valor medio de 4 mm/día o una disminución en el vaso de 12 cm/mes en estiaje. Esta disminución a
veces no se produce o se produce parcialmente debido a cuencas recurrentes, o presencia de manantes, que
aun en estiaje, aportan agua que compensa total o parcialmente las pérdidas por evaporación.
Si consideramos ocho meses, en los cuales la evaporación supera a la precipitación, se tendría una evaporación
neta anual en el embalse de:
Evaporación= 0.003 m/día x 8 meses x 30 días
Evaporación= 0.720 m
Si consideramos la superficie de la laguna anterior se tendría un volumen de evaporación de:
Evaporación= 0.72m x 5000 m2
Evaporación= 3600 m3
Si se cuenta con alguna estación con una altura y un clima muy similar al de la laguna es mejor utilizar los
39
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
datos de evaporación de esta estación; así tenemos:
Para el cálculo de la evaporación del embalse en Acoccocha, se consideró la que se presenta en el embalse de
Sibinacocha que se encuentra muy cercana a la zona y a una altitud de 4870 msnm.
VOLÚMENES DE EVAPORACIÓN DE ACOCCOCHA
MES
ENE
FEB
MAR
ABR
MAY
JUN
JUL
AGO
SET
OCT
NOV
DIC
TOTAL
Evaporación
(mm)
Sibinacocha
87.0
78.6
79.8
81.0
88.7
74.5
81.6
94.0
103.8
119.4
116.3
102.8
1100.8
Precipitación
(mm)
148.75
174.26
135.64
43.40
13.96
2.80
6.73
8.91
18.71
48.01
57.33
112,9
771.36
37.6
74.74
71.70
74.87
85.09
85.10
71.30
58.97
1428.80
2840.20
2724.60
2845.06
3233.34
3233-80
2709.40
2240.86
Balance (mm)
Evaporación
Acoccocha
21 256.06
(m3)
Altura de agua
Acoccocha(m)
0.56
Fuente: Elaboración propia en base a datos de evaporación y precipitación Empresa Generadora de Energía
Eléctrica Machupichu SA 2002
1.4.4. INFILTRACIÓN
La infiltración es uno de los parámetros importantes para definir si una qocha será filtrable o no y para saber
sobre qué tipo de cimentación está sustentado el dique y tomar las medidas para su tratamiento.
Determinación del tipo de suelo
Un primer aspecto para determinar si el vaso es permeable o no es realizar una calicata hasta 2m de profundidad
en el eje designado para la construcción del dique y observar los estratos del suelo midiendo las alturas; a
través del palpamiento del mismo podemos determinar el tipo de suelo que se tiene por cada estrato, para lo
cual se puede utilizar la siguiente tabla:
40
GUÍA TÉCNICA
MÉTODO EMPÍRICO PARA DETERMINAR LA TEXTURA DEL SUELO
Agua
disponible
del suelo
Palpamiento: apariencia del suelo
Arenosa
Media
Arcillosa
0-25%
Seco, polvoroso, en ocasiones
Seco, suelto, fluye entre los
ligeramente
costrosos,
pero
dedos.
fácilmente reductible a polvo.
Duro, desecado, agrietado, en
ocasiones con granos sueltos a
flor de superficie.
25-50%
Parece seco, no se torna bola
con la presión.
50-75%
No se torna bola con la presión Forma bola un tanto plástica
Forma bola, brota agua entre
o tiende a formar bola, pero y en ocasiones puede alisarse
los dedos al apretar.
rara vez se mantiene compacta. ligeramente con la presión.
75% hasta capacidad
máxima (100%)
Tiende a aglutinarse en forma
de bola de poca consistencia,
se desmenuza fácilmente y
nunca queda lisa.
Forma bola y es muy moldeable,
fácilmente se alisa, siempre que Brota agua fácilmente entre los
tenga un porcentaje elevado de dedos, parece aceitosa al tacto.
arcilla.
A capacidad máxima
100%
Al comprimir no brotan gotas
de agua en la superficie de la
muestra, pero sí queda en la
mano el contorno húmedo de
la bola.
Al comprimir brotan gotas de
Al comprimirlo brotan gotas de agua
agua en la superficie de la
en la superficie de la muestra, pero
muestra, pero sí queda en la
sí queda en la mano el contorno
mano el contorno húmedo de
húmedo de la bola.
la bola.
Tiende a desmoronarse, pero se Algo moldeable, forma bola con
mantiene compacto con la presión. la presión.
Fuente: Rovira L. y Cardellino, G., 1987
Sobre esta observación se define el estrato más importante y/o cuáles son los probables suelos más
impermeables o permeables que definen hasta dónde irá el dentellón para los fines del almacenamiento
filtrable o no filtrable.
Determinación del coeficiente de permeabilidad (k) in situ
El parámetro que mide la infiltración es el coeficiente de impermeabilidad del suelo cuyo símbolo es “k”, que
es la velocidad con que el agua se infiltra en el suelo y ésta depende del tipo de suelo que se tiene.
Para obtener este parámetro se tienen diferentes métodos de campo; uno de los más simples se explica a
continuación:
Consiste en realizar con un barreno de un determinado diámetro un agujero en el suelo o estrato designado
hasta una profundidad no mayor de 70cm; luego del cual se llena de agua para saturarlo durante un tiempo
de 30 minutos o más.
Pasado este tiempo se vuelve a llenar de agua el agujero y cada 10 minutos se toma la medida de descenso
volviendo a llenar cada vez de agua el agujero y así sucesivamente; este método se llama de carga constante;
luego del cual se aplica la siguiente fórmula:
K = V x L/H x A x T
41
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
Donde:
V
= Volumen promedio drenado (cm3)
L
= Longitud total de la muestra o profundidad total del agujero (cm)
H
= Altura promedio del inicio de la excavación al final de la columna de agua (cm)
A
= Area transversal del agujero (cm2)
T
= Tiempo de ensayo (seg)
Un ejemplo de lo mencionado tenemos:
H
L
DATOS
L= 70 cm
D=20 cm
D
A= pi D*2/4
A= 3.1416 (20)*2/4
A= 314.159 cm2
TABLA DE ENSAYO
ENSAYO
T
(min)
H
(cm)
1
10
11.4
2
10
10.5
3
10
8.0
4
10
7.0
5
10
7.0
6
10
7.0
Total/Promedio
600
8.4833
K=V x L/H x A x T
V= Area x H promedio
V= 314.1593 cm2 x 8.4833 = 2665.118 cm3
K= 314.1593 x 70 /8.4833 x 2665.118 x 600
K=0.1167 cm/seg ( 1.167 X 10 *-1)
Según este valor, en la tabla que se adjunta sería un suelo gravoso, de drenaje o permeabilidad buena o alta.
42
GUÍA TÉCNICA
VELOCIDAD DE INFILTRACIÓN (K) PARA DIFERENTES TEXTURAS DE SUELOS
PERMEABILIDAD
RELATIVA
VALORES DE K
CM/SEG.
MUY PERMEABLE
MODERAMENTE PERMEABLE
POCO PERMEABLE
MUY POCO PERMEABLE
IMPERMEABLE
SUELO TÍPICO
> 1 X 10 *-1
> 1 X 10 *-1 a > 1 X 10 *-3
> 1 X 10 *-3 a > 1 X 10 *-5
> 1 X 10 *-5 a > 1 X 10 *-7
< 1 X 10 *-7 a
grava gruesa
arena, arena fina
arena limosa, arena sucia
limo, arenisca fina
arcilla
Si no se cuenta con un barreno se usa un tubo enterrado y se sigue el mismo procedimiento que el anterior.
D
H
L
ZANJA CON RELLENO
DE TIERRA
TUBO CON RELLENO DE
TIERRA DE UNOS 15 CM
Determinación del caudal de filtración
En qochas sobre lechos de río con material de relleno, la permeabilidad es evidente; se determinará el área
de estrato permeable y coeficiente de permeabilidad; y el caudal de pérdida se podrá determinar con la ley
de Darcy:
Q = KIA
Donde:
Q = Caudal en m3/seg
K = Coeficiente de permeabilidad (cm/seg)
I = Gradiente hidráulica (I = h/L ) en m/m
h = Diferencia de carga (cota del agua en el nivel de embalse - cota en la toma de salida) m
L = Longitud de recorrido (m)
A = Área de estrato permeable (longitud del dique x profundidad del estrato permeable) m2
El coeficiente de permeabilidad (K) se puede obtener de la siguiente manera:
43
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
Obteniendo la granulometría o textura del suelo del estrato permeable o por debajo de la fundación se puede
utilizar la tabla anterior.
Ejemplo de cálculo de la infiltración:
Material: areno limoso
Según la prueba de permeabilidad in situ: K =1.01 x 10*-3 cm/seg
I
h
L
I
A
= h/L
= 4875.5-4873.0 = 2.50m
= 100m
= 2.50/100=0.025
= 1.50 x 60 =120m2
Q= 0.0000101 x 0.025 x 120 = 0.0000303 m3/seg
Volumen anual = 0.0000303 x 365 días x 24 horas x 3600 seg = 956 m3/año
Superficie de la laguna: 3.2 ha (32000m2)
Altura de agua perdida por infiltración= 956/32000 = 0.030m
1.4.5. ALTURA DEL DIQUE
La altura del dique (H) se define teniendo en cuenta los siguientes aspectos:
•
•
•
•
•
Altura de agua de demanda para riego y o abrevadero (Hd)
Altura de agua por evaporación (He)
Altura de agua por filtración (Hf)
Altura de agua por carga de agua en el vertedero (Hv)
Altura de borde libre (Hb)
Entonces la altura del dique será:
H = Hd + He +Hf + Hv + Hb
44
GUÍA TÉCNICA
2 DISEÑO DE OBRAS
COMPLEMENTARIAS
2.1. VERTEDERO DE EXCEDENCIAS
El vertedero es una estructura que permite evacuar el agua de exceso que proviene de caudales extremos del
área de escurrimiento o cuenca.
Uno de los factores que más ha influido en las fallas de presas de tierra ha sido el poco dimensionamiento de
vertederos, por lo que en lo posible debe dimensionarse generosamente, para lo cual lo mejor será buscar
depresiones naturales del terreno y diseñarlo como canal hasta lugares de desagüe seguros. Deberá alejarse
lo más posible del cuerpo del dique.
Para pequeños diques los tipos de vertederos más usados son de canal frontal o lateral; el primero se adecua
para caudales pequeños de evacuación y de longitud corta, y el segundo para vertederos alargados con lo cual
se ahorrará el volumen de excavación. Estos deben situarse en terreno firme en la ladera.
Fig. Vertedero Frontal
45
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
Fig. Vertedero Lateral
Vertedero frontal inconcluso en dique rústico.
Los vertederos son de forma rectangular y sus características hidráulicas comprenden el tirante de agua sobre
la cresta del vertedero y el borde libre.
El borde libre se considera una altura por encima del nivel del tirante de agua para evitar desbordes por oleajes.
En diques cuyas áreas de almacenamiento son pequeñas y en las cuales el oleaje es insignificante, una altura
46
GUÍA TÉCNICA
de 30cm por debajo de la corona puede ser suficiente y una altura de agua sobre el vertedero de 0.20m puede
dar una longitud adecuada del vertedero. Sin embargo, considerar también el asentamiento del dique.
Para conformar una qocha con pequeños diques en quebradas con gran superficie de cuenca puede resultar
no adecuado ya que el caudal de avenidas requeriría un gran vertedero para lo cual se necesita construir
diques con gran seguridad.
Si la superficie de almacenamiento es grande - de unas cuantas hectáreas - esta resulta un atenuante del
caudal de avenidas, resultando conveniente realizar cálculos con el tránsito de avenidas en embalses mediante
modelamiento.
Para determinar el caudal máximo, para cuencas de escurrimientos no mayores a 5 km2, se tiene el siguiente
parámetro de 3 a 5 m3/km2, pudiendo usarse el promedio de 4 m3/km2.
Si tenemos una cuenca de 0.20 km2, el caudal máximo que podemos esperar es de:
Q= 0.20 x 4= 0.80 m3/seg
También se puede usar la siguiente fórmula:
Q = CIA/360
Donde:
Q= caudal máximo (m3/seg)
I= intensidad de precipitación (mm/hora)
C= coeficiente de escurrimiento
A= superficie de la cuenca (ha)
Para Sierra usar 30 mm/hora y un C de 0,60 (pastos ralos y rocosos)
Si el área de cuenca es de 0.4 km2 (40 ha):
Q= 0.6 x 30 x 40/360
Q=2 m3/seg
Para calcular la carga de agua sobre el vertedero se usa la siguiente fórmula:
Q = CL H 3/2
Donde:
Q = Descarga total (m3/s)
C = Coeficiente de descarga (1.45 para cresta ancha)
L = Longitud neta de la cresta en metros
H = Carga de agua sobre la cresta del vertedor (recomendable H = 0.20 m)
47
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
Si tenemos:
Q= 0.20 m3/seg
H= 0.20 m
La longitud del vertedero será de:
L=1.54m
Con un borde libre de 0.30m, la altura del vertedero será de 0.50m
2.2. SALIDA CON TUBERÍA
Se instala en qochas con abastecimiento permanente de agua, con el propósito de aprovechar el agua
excedente para regar zonas aledañas. Se coloca a media altura y en cualquiera de los extremos del dique, en
terreno firme, para evitar su pandeo o rotura por asentamientos del dique por defectos de su compactación y
en dirección transversal al eje principal del dique, con una pendiente del 1 al 2%.
El diámetro del tubo depende del caudal de demanda; sin embargo, tubos de 2” serán los más usuales con una
caja de entrada de mampostería de piedra con arcilla y una válvula al final del mismo protegida por una caja
de válvula del mismo material.
Para su instalación se debe tener cuidado al momento de la compactación; para ello el tubo debe estar
embebido o encamisetado por una mampostería de piedra y arcilla de 0.5m de lado, cada 1.50m debe
colocarse un dentellón con el mismo material para evitar líneas de filtración que tubifiquen el material y
destruyan la estructura.
El caudal de ingreso de la toma, se calcula con la relación siguiente:
Q = Cd A √2gh
Donde:
Q = Caudal de ingreso
Cd = Coeficiente de ingreso
A = Área del conducto
g = Gravedad
h = Altura de agua al eje del conducto de ingreso, incluida la carga por la pendiente del conducto.
El coeficiente Cd podrá tomar los valores siguientes, de acuerdo a la relación de longitud de la tubería y el
diámetro de ésta:
48
GUÍA TÉCNICA
VALORES DE COEFICIENTES CD- TABLA DE BAZARD
L/D
Cd
100
80
60
40
20
10
0.50
0.54
0.60
0.66
0.73
0.77
La velocidad máxima admisible debe ser V=3m/seg para evitar erosión en el tubo.
Ejemplo para determinar el diámetro del tubo y caudal de salida:
Caudal de acuerdo a demanda riego (Q): 6 lt/seg
Velocidad supuesta (V)= 1.5 m/seg
Q= V x A
A= Q/V
A= 0.006/1.5
A= 0.004
Diámetro (D)= (4A)*0.5/pi
D= 4.0 cm (1.5”)
Longitud del tubo(L)= 4m
L/D= 4/0.04
L/D=100
Según la tabla de Bazard:
Cd= 0.5
Q = Cd A √2gh
Con este caudal la carga h mínima de agua sobre el tubo será:
h= (Q/Cd A)*2/2g
h= (0.006/0.5x0.004)*2/19.8
h= 0.45m
Para una carga de agua máxima de 1.20m sobre el tubo, el caudal de salida seria de:
Q= 0.5 x 0.004 (19.8 x 1.2)*0.5
Q=0.0097 m3/seg = (9.7 l/seg)
49
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
V= 0.0097/0.004
V= 2. 4 m/seg
El cual es menor a 3 m/seg, no habrá erosión del tubo.
2.3. CANAL DE TRASVASE
Cuando se trata de aprovechar un vaso de almacenamiento por sus buenas condiciones topográficas y la
cuenca de escurrimiento no abastece su capacidad se utilizan quebradas adyacentes cercanas trasvasando
en épocas de lluvias el caudal necesario para compensar el déficit de volumen; también estos trasvases son
útiles cuando existe déficit de lluvias y no llena con la escorrentía de agua de recarga.
Como por las quebradas vienen elevados caudales en épocas de lluvias, no es necesario captar todo este
caudal sino una parte de los meses de lluvias para que la sección del canal no sea tan grande.
Así, un ejemplo, si el déficit de volumen de un embalse es de 20 000 m3, el caudal promedio a llevar supongamos
durante un mes (dejando los demás meses por seguridad), sería de:
Q=20,000/30 días x 24 horas x 3600 seg
Q= 0.0077 m3/seg (7.7 lt/seg)
Con este caudal se necesitaría una captación rudimentaria y un pequeño canal, cuyo cálculo se realizaría por
la fórmula de Manning:
Fig. Captación rústica
50
GUÍA TÉCNICA
Q= S*0.5 x R*2/3 x A/n
R= A/P
Donde
Q= Caudal a derivar (m3/seg)
R= Radio hidráulico (m)
A= área de la sección mojada m2
P= Perímetro mojado (m)
S= pendiente (milésimas)
n= coeficiente de rugosidad (en tierra n=0.020 y empedrado n=0.030)
La velocidad en el canal no debe ser mayor de 1 m/seg en canales de tierra normal y de 2.0 m/seg para
empedrado para evitar la erosión del canal y la velocidad mínima en ambos casos no debe ser menor a 0.60
m/seg para evitar sedimentación en el canal. El ancho del canal en el fondo no debe ser menor de 0.20m para
fines constructivos.
El borde libre mínimo para canales pequeños se considera en 0.20m.
La velocidad se obtiene:
V= Q/A
Q=Caudal(m3/seg)
A= área mojada (m2)
Ejemplo:
Q
= 0.007 m3/seg
B
= 0.25m (ancho del canal)
Talud = 0 (parado)
S
= 0.05
Y
= 0.039m (tirante de agua)
A
= 0.0098 m2
P
= 0.328m (perímetro mojado)
N
= 0.03 (mampostería seca de piedra)
V
= 0.72 m/seg
Esta velocidad es adecuada no menor de 0.60 m/seg y mayor a 2m/seg
51
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
52
GUÍA TÉCNICA
IV.
COSTO MODULAR
COSTO MODULAR
53
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
PRESUPUESTO
CONSTRUCCIÓN DE DIQUE DE PIEDRA CON NÚCLEO DE ARCILLA
Longitud= 20m
Altura: 1.50m
Presupuesto
Presupuesto
1102001
CONSTRUCCIÓN DE DIQUE
Subpresupuesto
001
ARCILLA ONG
CONSTRUCCIÓN DE DIQUE DE PIEDRA CON NÚCLEO DE
Costo al
Cliente
Lugar
28/08/2017
CUSCO - CANCHIS - PITUMARCA
Item
Descripción
Und.
Metrado
Precio S/.
Parcial S/.
01
EXPEDIENTE TÉCNICO
2,200.00
01.01
TOPOGRAFÍA
Glb
1.00
01.02
GEOTECNIA
Glb
1.00
500.00
500.00
01.03
DOCUMENTOS EXPEDIENTE
Glb
1.00
1,500.00
1,500.00
02
CONSTRUCCIÓN DE DIQUE
02.01
OBRAS PRELIMINARES
02.01.001
LIMPIEZA DE TERRENO MANUAL
m2
120.00
5.25
630.00
02.01.002
DRENAJE / ATAGUIAS
Glb
1.00
500.00
500.00
02.02
EXCAVACIONES
02.02.001
EXCAVACIÓN MANUAL DE DENTELLÓN
m3
10.00
21.70
217.00
02.02.002
EXCAVACIÓN MANUAL DE CIMIENTO
m3
16.00
21.93
350.88
02.02.003
EXCAVACIÓN MANUAL DE ATRAQUES
m3
2.50
22.40
56.00
02.03
DISPONIBILIDAD DE MATERIALES
02.03.001
EXTRACCIÓN DE MATERIAL ARCILLOSO MANUAL
m3
24.00
42.000
1017.60
02.03.002
TRANSPORTE DE MATERIAL ARCILLOSO MANUAL
m3
29.00
25.62
742.98
02.03.003
SELECCIÓN DE PIEDRA
m3
63.00
31.92
2010.96
02.03.004
TRANSPORTE Y APILAMIENTO DE PIEDRA MANUAL
m3
63.00
32.03
2,017.89
02.03.005
EXTRACCIÓN DE CHAMPA MANUAL
m2
76.00
20.12
1529.12
02.03.006
TRANSPORTE Y APILACIÓN DE CHAMPAS MANUALES
m2
76.00
24.80
1,884.80
02.03.007
EXTRACCIÓN DE MATERIAL ORGÁNICO MANUAL
m3
15.00
20.30
304.50
02.03.008
TRANSPORTE Y APILAMIENTO DE MATERIAL ORGÁNICO MANUAL
m3
15.00
28.82
02.04
CONFORMACIÓN DEL DIQUE
02.04.001
MAMPOSTERIA DE PIEDRA CON ARCILLA (70% DE PIEDRA Y 30% DE
ARCILLA) DENTELLÓN Y ATRAQUE
m3
13.00
77.66
02.04.002
ARCILLA COMPACTADA CON PISO DE MANO
m3
24.00
25.08
601.92
02.04.003
COLOCACIÓN MANUAL DE PIEDRA ACOMODADA
m3
63.00
70.62
4,449.06
02.04.004
COLOCACIÓN DE MATERIAL ORGÁNICO MANUAL
m3
16.00
32.56
520.96
02.04.005
COLOCACIÓN DE CHAMPAS MANUALES
m2
76.00
26.74
2,032.24
02.04.006
ELIMINACIÓN DE MATERIAL
m3
26.00
18.48
480.48
200.00
200.00
21,708.40
1,130.00
623.88
9,094.24
432.30
9,094.24
Costo Directo
1,009.58
22,988.27
SON : VEINTIDOS MIL NOVECIENTOS OCHENTIOCHO Y 27100 NUEVOS
SOLES
54
GUÍA TÉCNICA
PRESUPUESTO
CONSTRUCCIÓN DE DIQUE DE TIERRA CON PROTECCIÓN DE MURO DE PIEDRA
Longitud= 20m
Altura: 1.50m
Presupuesto
Presupuesto
1102001
CONSTRUCCIÓN DE DIQUE
Subpresupuesto Cliente
002
DE ONG
CONSTRUCCIÓN DE DIQUE DE TIERRA CON PROTECCIÓN
MURO DE
PIEDRA
Costo al
Lugar
28/08/2017
CUSCO - CANCHIS - PITUMARCA
Item
Descripción
Und.
Metrado
Precio
S/.
Parcial
S/.
01
EXPEDIENTE TÉCNICO
01.01
TOPOGRAFÍA
Glb
1.00
200.00
01.02
GEOTECNIA
Glb
1.00
500.00
500.00
01.03
DOCUMENTOS EXPEDIENTE
Glb
1.00
1,500.00
1,500.00
02
CONSTRUCCIÓN DE DIQUE
02.01
OBRAS PRELIMINARES
02.01.001
LIMPIEZA DE TERRENO MANUAL
m2
150.00
5.25
787.50
02.01.002
DRENAJE / ATAGUÍAS
Glb
1.00
500.00
500.00
02.02
EXCAVACIONES
2,200.00
27,784.56
1,287.50
257.25
EXCAVACIÓN DE CIMIENTO CON MAQUINARIA
m3
35.00
5.75
02.02.003
EXCAVACIÓN MANUAL DE ATRAQUES
m3
2.50
22.40
02.03
DISPONIBILIDAD DE MATERIALES
02.03.003
200.00
201.25
56.00
16,516.42
EXTRACCIÓN DE MATERIAL ARCILLOSO CON MAQUINARIA
m3
110.00
9.38
1,031.80
TRANSPORTE DE MATERIAL ARCILLOSO CON MAQUINARIA
m3
120.00
47.86
5,743.20
SELECCIÓN DE PIEDRA
m3
26.00
31.92
829.92
TRANSPORTE Y APILAMIENTO DE PIEDRA CON MAQUINARIA
m3
26.00
77.83
2,023.58
02.03.005
EXTRACCIÓN DE CHAMPA MANUAL
m2
126.00
20.12
2535.12
02.03.006
TRANSPORTE Y APILACIÓN DE CHAMPAS MANUALES
m2
126.00
24.80
3,124.80
02.03.007
EXTRACCIÓN DE MATERIAL ORGÁNICO MANUAL
m3
25.00
20.30
507.50
02.03.008
TRANSPORTE Y APILAMIENTO DE MATERIAL ORGÁNICO MANUAL
m3
25.00
28.82
02.04
CONFORMACIÓN DEL DIQUE
720.50
7,987.31
TIERRA COMPACTADA CON TRACTOR
m3
100.00
11.27
1,127.00
02.04.001
MAMPOSTERÍA DE PIEDRA CON ARCILLA (70% DE PIEDRA Y 30% DE ARCILLA)
DENTELLÓN Y ATRAQUE
m3
2.50
77.66
194.15
02.04.003
COLOCACIÓN MANUAL DE PIEDRA ACOMODADA
m3
26.00
70.62
1,836.12
02.04.004
COLOCACIÓN DE MATERIAL ORGÁNICO MAUAL
m3
25.00
32.56
814.00
02.04.005
COLOCACIÓN DE CHAMPAS MANUALES
m2
126.00
26.74
3,369.24
ELIMINACIÓN DE MATERIAL
m3
35.00
18.48
02.04.006
Costo Directo
646.80
28,248.48
SON : VEINTIOCHO MIL DOSCIENTOS CUARENTIOCHO Y 48/100 NUEVOS
SOLES
55
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
PRESUPUESTO
CONSTRUCCIÓN DE DIQUE DE CHAMPAS CON NÚCLEO DE ARCILLA TIERRA
Longitud= 20m
Altura: 1.50m
Presupuesto
Presupuesto
1102001
CONSTRUCCIÓN DE DIQUE
Subpresupuesto
003
CONSTRUCCIÓN DE DIQUE DE CHAMPAS CON NÚCLEO DE ARCILLA
TIERRA ONG
Costo al
Cliente
Lugar
Item
28/08/2017
CUSCO - CANCHIS - PITUMARCA
Descripción
Und.
Metrado
Precio S/.
Parcial S/.
01
EXPEDIENTE TÉCNICO
2,200.00
01.01
TOPOGRAFÍA
Glb
1.00
01.02
GEOTECNIA
Glb
1.00
500.00
500.00
01.03
DOCUMENTOS EXPEDIENTE
Glb
1.00
1,500.00
1,500.00
02
CONSTRUCCIÓN DE DIQUE
02.01
OBRAS PRELIMINARES
02.01.001
LIMPIEZA DE TERRENO MANUAL
m2
50.00
5.25
262.50
02.01.002
DRENAJE / ATAGUÍAS
Glb
1.00
500.00
500.00
02.02
EXCAVACIONES
02.02.001
EXCAVACIÓN MANUAL DE CIMIENTO BAJO AGUA
m3
45.00
66.27
02.02.002
EXCAVACIÓN MANUAL DE DENTELLÓN BAJO AGUA
m3
30.00
72.33
02.03
DISPONIBILIDAD DE MATERIALES
02.03.001
EXTRACCIÓN DE MATERIAL ARCILLOSO MANUAL
m3
48.00
42.40
2,035.20
02.03.002
TRANSPORTE DE MATERIAL ARCILLOSO MANUAL
m3
56.00
25.62
1,434.72
02.03.003
SELECCIÓN DE PIEDRA
m3
32.00
31.92
1,021.44
02.03.004
TRANSPORTE Y APILAMIENTO DE PIEDRA MANUAL
m3
32.00
32.03
1,024.96
02.03.005
EXTRACCIÓN DE CHAMPA MANUAL.
m3
90.00
69.16
6,224.40
02.03.006
TRANSPORTE Y APILAMIENTO DE CHAMPA MANUAL....
m3
90.00
63.23
5,690.70
02.03.007
EXTRACCIÓN DE CHAMPAS SELECCIONADAS MANUAL....
m2
158.00
17.48
2,,2761.84
02.03.008
TRANSPORTE Y APILAMIENTO DE CHAMPA SELECCIONADA MANUAL...
m2
158.00
25.65
4,052.70
02.04
CONFORMACIÓN DEL DIQUE
02.04.001
ARCILLA COMPACTADA CON PISO DE MANO
m3
43.00
25.08
1,078.44
02.04.002
COLOCACIÓN MANUAL DE PIEDRA ACOMODADA
m3
32.00
70.62
2,259.84
02.04.003
COLOCACIÓN DE CHAMPAS MANUALES
m2
90.00
26.74
2,406.60
02.04.004
ELIMINACIÓN DE MATERIAL
m3
158.00
18.48
200.00
200.00
36,654.65
762.50
5,152.05
2,982.15
2,169.90
24.245.968
8,664.72
Costo Directo
2,919.84
41,025.23
SON : CUARENTIUN MIL VEINTICINCO Y 23/100 NUEVOS SOLES
56
GUÍA TÉCNICA
PROCESO CONSTRUCTIVO
57
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
A continuación se da en forma breve una secuencia sobre las actividades por ejecutar en la construcción de
una pequeña presa rústica, haciendo hincapié en aquellos aspectos en los que hay que tener mayor cuidado
en su ejecución.
a. Caminos de acceso
Teniendo en cuenta que las zonas elegidas para la construcción de diques ya cuentan con acceso, existe
la necesidad de acondicionar estos caminos para el acceso de maquinarias. Por otro lado, si los bancos de
préstamos de arcillas, piedras o champas están alejados es necesario acondicionar caminos de acceso. Esta
situación no existe si los diques se construirán manualmente.
b. Limpieza del terreno y canteras
Una vez concluidos los trabajos anteriores podrá iniciarse lo relativo a limpieza o desmonte tanto en el área
donde se ubicará la presa, vertedero, obra de toma y en los bancos de préstamo.
c. Drenaje o ataguías
Las obras de drenaje o ataguías son necesarias para facilitar la construcción del dique cuando la laguna tiene
un desfogue de agua permanente o el área del desplante de la construcción tiene napa freática alta. El drenaje
es una zanja que permite el desfogue del agua y las ataguías son diques auxiliares delante del dique principal
que almacena el agua mientras dure la construcción.
d. Replanteo
Una vez definida la ubicación se debe marcar el eje del mismo y fijar el alineamiento a través de estacas
o mojones en sus extremos, paralelamente a este alineamiento se trazan las líneas para la excavación del
dentellón y la fundación (desplante) del dique.
En esta actividad se deben fijar los niveles de la corona, el vertedero y la obra de toma en el terreno donde se
supone se construirán las estructuras.
e. Construcción de la salida de toma
Si el almacenamiento considera la instalación de una salida de toma, ésta debe construirse antes del dique y
sobre terreno firme en una de las laderas; la obra consiste en una tubería de diámetro prestablecido con una
caja de entrada y otra de salida donde se coloca una válvula para el control del caudal. El tubo se coloca con
pendiente de 1 a 2%. Al momento de su instalación - para evitar su deterioro o roturas por los procesos de
compactación - esta debe protegerse en sus costados y encima con piedras grandes fijadas con arcilla.
f. Excavación del desplante o cimentación del dique
Sobre lo trazado, consiste en retirar la tierra hasta una profundidad donde el desplante o fundación del dique
se considere libre de materiales indeseables como materia orgánica, turba y raíces de vegetación.
g. Excavación del dentellón
Consiste en retirar la tierra por debajo del desplante hasta una profundidad mínima de 0.50m en terrenos
impermeables y a lo largo de todo el eje del dique. Esta profundidad puede ser mayor si el terreno es
permeable y se decide que el dentellón se profundice hasta un estrato más impermeable para lograr un mayor
almacenamiento evitando filtraciones excesivas.
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GUÍA TÉCNICA
h. Dentellón
Las dimensiones o ancho del dentellón generalmente tiene el mismo ancho de la corona y ésta depende de
la forma de compactación, con equipo o manualmente. La conformación del dentellón consiste en rellenar la
zanja abierta con material impermeable arcilloso o piedra con arcilla.
i. Conformación del dique
En un dique de piedra con núcleo de arcilla la construcción se realiza en forma simultánea o parcial con
el levantamiento del núcleo de arcilla y el empedrado que sirve como soporte al núcleo de arcilla a fin de
evitar que se desparrame durante el compactado manual con pisón de mano o motocompactadora. Para
un compactado eficiente, sobre todo si es manual, conviene no hacerlo en capas mayores a 20cm y con la
humedad suficiente; el exceso en un material arcilloso no es conveniente debido a la formación de lodo.
El completado del empedrado aguas arriba y abajo se hará colocando las piedras en forma manual y
conformando trabas entre ellas; estas trabas se logran mejor cuando las piedras son angulosas o planas que
con las redondeadas, logrando un mayor ángulo de inclinación en sus taludes.
Las piedras tienen que ser de buena calidad sin problema de intemperismo, las más grandes deben ir en el
fondo como cimiento, más arriba las piedras deben mantener una uniformidad de tal manera que el ángulo
de reposo de las mismas facilite la formación de la cortina de la presa y se mantenga la máxima estabilidad
en general.
Para asegurar el éxito de la estructura hay que dar especial atención a los empotramientos en ambos flancos,
el núcleo de arcilla debe lograr penetrar por lo menos 1m en la ladera, esta penetración también se puede
lograr con piedra con mortero de arcilla. La erosión lateral por ambos flancos puede resultar muy perjudicial
con la destrucción del dique.
La corona de la estructura terminada tendrá una pendiente del 2% hacia aguas arriba donde existe el
empedrado, evitando que el agua de lluvia escurra el talud aguas abajo y erosione el talud protegido con
champas.
Las champas se colocarán en la corona y en el talud aguas abajo; para ello, se deberá acondicionar para el
prendimiento de las mismas con una cama de tierra orgánica con estiércol de 0.20m de espesor para garantizar
su prendimiento. No se debe extraer materiales de champas u otro material de la parte posterior del dique ya
que puede debilitar la estructura y dar un mal aspecto por la presencia de huecos.
Las champas deben ser obtenidas de bofedales, entre ellas la mejor es la kunkuna por su desarrollo radicular.
En un dique de tierra homogéneo, se mantienen las mismas consideraciones que para el dique anterior; solo
que el uso de la maquinaria (tractor o motocompactadora) es relevante para la explanación y compactado
del terraplén del dique. La compactación se debe hacer por capas, máximo de 30 cm con dos pasadas como
mínimo del tractor, sobre material de buena consistencia, agregándole el agua necesaria; es preferible un
tractor de orugas al de llantas.
En este tipo de construcción suceden dos cosas indeseables: primero, el compactado solo se da en el contacto
de las llantas con el suelo, quedando el centro prácticamente sin compactar; para lograr un compactado
uniforme la parte indicada deberá compactarse en forma manual o con motocompactadora, con eso se evita
que el centro del dique se mantenga excesivamente húmedo (lodoso) y se produzcan asentamientos del
dique teniendo una corona desuniforme. Un segundo aspecto es el desparrame lateral del material por el
paso del tractor, para lo cual hay que retornar el material con mano de obra para ser compactado; debido a
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
que el terraplén compactado mantiene un talud vertical, aguas arriba deberá colocarse el empedrado una
vez concluido el sector compactado. Aguas abajo se colocará un talón de piedra a modo de drenaje; sobre él,
se conformará un talud con el material desparramado semicompactado y con el consiguiente colocado de
champas que continuará sobre la corona sobre una capa de materia orgánica.
j. Construcción del aliviadero
El aliviadero se debe construir en lo posible en un extremo del dique y en la ladera de menor pendiente, ya
que este facilita la construcción de una acequia de excedencias para regar bofedales o laderas en épocas de
lluvias.
La construcción del aliviadero considera un rebaje en la corona cuyas dimensiones dependen del volumen de
agua a evacuar y la consideración de dejar un borde libre razonable que - para qochas con bajos escurrimientos
y exenta de oleajes altos - no debe ser menor a 20cm por debajo de la corona.
Cuando el vertedero es frontal se considera inmediatamente aguas abajo la construcción de una poza
disipadora para evitar procesos erosivos al pie del talud. Toda la construcción se podrá hacer con mampostería
de piedra seca.
k. Construcción del canal de excedencias
El canal de excedencias capta el excedente de agua del vertedero en épocas de lluvias y ésta es conducida
para el riego de zonas de bofedales o pastos en laderas; sin embargo, hay que tener en cuenta que el caudal
excedente en el vertedero puede ser de consideración, dependiendo del tamaño de la cuenca de captación;
por lo tanto, el canal de excedencias si no considera las dimensiones adecuadas para el caudal extremo, se
producirán desbordes pudiendo causar procesos erosivos en el canal y en la ladera. En este caso, el canal de
excedencias tendrá que captar una parte del caudal máximo y el exceso devolverse al río. El canal puede
construirse en tierra si la velocidad no es erosiva (menor a 1 m/seg) y revestido con mampostería de piedra
seca si la velocidad es mayor.
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GUÍA TÉCNICA
VI.
OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
OPERACIÓN
Y MANTENIMIENTO
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
1 GENERALIDADES
Para el buen funcionamiento de las qochas y lograr los objetivos de su construcción o ampliación es necesario
realizar una buena operación y mantenimiento constante de las estructuras, para lo cual se debe elaborar un
plan que considere las actividades, los momentos y las responsabilidades.
Estas estructuras deberán estar bajo una responsabilidad mancomunada de la municipalidad y la comunidad,
la cual debe solicitar a la autoridad correspondiente la asignación de un personal técnico de campo, con la
finalidad de llevar a cabo las acciones de operación y mantenimiento.
Inmediatamente después de terminar la presa deberán hacerse los arreglos necesarios para que se hagan
inspecciones periódicas de la estructura y de todo el equipo de operación; para ello se debe contar con
instrucciones escritas para el mantenimiento y operación de las estructuras y del equipo como parte del
proyecto y deben entregarse a la comunidad. En estas instrucciones se debe establecer la frecuencia y describir
la extensión y naturaleza de las inspecciones.
2
MANTENIMIENTO
a. Inspección y mantenimiento del dique
Información general
Inspección y conservación de rutina de los taludes del dique y de la corona, con reporte inmediato de alguna
situación anormal para el mantenimiento.
Inspección de terraplenes y cimentaciones
Después de la finalización de la construcción del dique de tierra, es necesaria la aplicación en forma regular
de agua en la parte superior y apisonar. Esto permitirá la compactación, asentamiento y corrección de errores
dándole mayor solidez y endurecimiento rápido a la tierra compactada.
El terraplén, las laderas y las porciones visibles de la cimentación adyacentes a un terraplén de tierra deben
inspeccionarse a intervalos para comprobar que no se han presentado condiciones desfavorables.
Durante el llenado rápido del vaso, el talud aguas abajo debe inspeccionarse cuidadosamente a intervalos
frecuentes, buscando indicaciones de grietas, deslizamientos, tramos licuados, asentamientos, defectos en la
protección de taludes, fuentes, filtraciones o zonas lodosas producidas por filtraciones del vaso.
El talud mojado debe inspeccionarse cuando se hace descender el nivel del agua en el vaso para descubrir
grietas, material licuado, asentamientos o daños en la protección del talud, como el dislocamiento del
enrrocamiento u otros signos de una erosión seria.
Cuando el agua está en un nivel bajo en el vaso, debe examinarse cuidadosamente si se han formado
hundimientos o agujeros producidos por las filtraciones, condiciones anormales en las playas o grietas.
Luego de utilizarse toda el agua almacenada, debe realizarse la limpieza de la trampa de sedimentos. De
la misma forma se debe revisar el empedrado en el talud interno y rellenarse los espacios que hayan sido
erosionados.
Cuando se mantiene por largo tiempo elevado el nivel del agua, deben hacerse inspecciones mensuales del
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GUÍA TÉCNICA
terraplén, poniendo especial cuidado a la corona de la presa, a las porciones visibles de protección del talud
mojado, al talud seco y a las áreas aguas abajo de la presa, observando condiciones anormales.
El estímulo y protección de la vegetación para retardar la erosión en los taludes del vaso es uno de los trabajos
importantes de mantenimiento a los que se debe dar una atención cuidadosa. Esta cubierta vegetal puede
resultar esencial para la protección contra la erosión, filtraciones a través de los taludes, licuación de las
márgenes, así como el embellecimiento de la estructura y puede tener una influencia importante en el costo
de las reparaciones.
El mantenimiento de la obra consistirá en mantener en condiciones normales de funcionamiento todos los
componentes que integran la misma, desyerbando permanentemente las partes de la obra para evitar el
crecimiento de plantas; se deben conservar todos los componentes metálicos debidamente pintados con
pintura anticorrosiva, así como engrasar y lubricar las partes movibles de la obra de toma, como compuertas
o válvulas.
b. Reportes de acontecimientos anormales
La ocurrencia de condiciones anormales peligrosas, debe reportarse inmediatamente a la comunidad y a las
autoridades locales y/o alguna entidad especializada del sector.
Se debe describir el acontecimiento, derrumbes, tramos licuados, asentamientos súbitos, debiendo incluir: la
extensión, velocidad de hundimiento, efectos en las estructuras vecinas, elevaciones del agua en el vaso y en
la descarga, condiciones climatológicas predominantes y otros factores que se consideren pertinentes.
Los informes de aparición de fuentes, filtraciones y áreas lodosas deben incluir datos como situación y tamaño
de las áreas afectadas, la descarga estimada, la naturaleza del agua (clara o turbia), las elevaciones del agua
de la descarga del vaso; si es posible se debe presentar un mapa, fuentes y datos como fechas. Este mapa debe
realizarse o reactualizarse periódicamente.
Por la naturaleza de estas estructuras, generalmente las necesidades de mantenimiento son mínimas, sin
embargo, es conveniente revisar su estabilidad y funcionamiento después de un evento de escurrimiento
extraordinario de manera que se hagan las correcciones necesarias en caso de algún daño en la estructura.
c. Inspección de cauces y áreas vecinas
La inspección de cauces y áreas vecinas incluye rellenos adyacentes a las estructuras de terraplenes no
incluidos dentro de los límites del dique. Esta debe abarcar:
-
Erosiones en las márgenes o en el cauce
Condición de los enrrocamientos
Presencia y condiciones de la vegetación acuática en las plantillas y taludes de los canales y efectos
que se estimen en los niveles de agua de descarga.
Agradación o degradación en el río y efectos posibles en la operación hidráulica de las obras incluidas.
Hundimiento anormal en los rellenos o terraplenes.
Funcionamiento anormal inadecuado.
d. Accesorios
-
La válvula debe probarse con regularidad para comprobar que trabaja normalmente.
Deben limpiarse las basuras de las rejillas y los sedimentos acumulados; las partes metálicas deben
pintarse para evitar que se oxiden.
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PEQUEÑAS PRESAS RÚSTICAS EN LAGUNAS PERIGLACIARES
3.
OPERACIÓN
Es importante que durante el primer año, la presa sea llenada solamente hasta el 50% de su capacidad. De
esta manera estaremos previniendo cualquier filtración o desborde en su estructura durante el reacomodo
natural que se pueda presentar por los asentamientos en la parte superior, y algunas veces por debajo del
nivel de descarga del aliviadero.
Terminada la construcción es necesario organizar a los productores que harán uso del agua almacenada, para
que realicen la distribución del riego en forma programada, evitando que el propietario del terreno donde se
ubica la presa sea el único beneficiario directo.
La operación de este tipo de obras, cuando se tiene una obra de toma, exige que se maneje de acuerdo a
la demanda que se vaya dando, en función de las cabezas de ganado a atender, así como de los cultivos y
superficie establecidos en la zona de riego. En caso de satisfacer nada mas al abrevadero de ganado, sin tener
superficie de riego alguna, no lleva mas acciones de operación que permitir el acceso de las cabezas de ganado
a la zona del vaso o en bebederos aguas abajo.
Si la presa diseñada es para el uso de riego, éste generalmente se hace en los meses de estiaje, es decir, cuando
no hay lluvias; por lo tanto, la operación del represamiento se hará en esos meses, es decir, de mayo octubre;
salvo algunas excepciones, cuando es necesario por la escasez de lluvias, en los meses de noviembre a marzo.
Para la operación será necesario contar con un operador o tomero de la presa que podrá ser una persona
que viva cercanamente al sitio del represamiento. Este operador deberá contar con herramientas (pala, picos,
carretilla, llaves, barrenos), sacos para arena y algún otro equipo de mantenimiento y de emergencia.
La operación del vaso debe considerar los requerimientos de agua de riego previendo no suministrar más
caudal del debido, sobre todo en carga alta, para evitar desembalses rápidos o que generen altas velocidades
en las tuberías y disipadores pudiendo causarles daño por erosión a estos elementos.
En épocas de lluvias, el nivel del embalse se hace descender al notarse tormentas para dejar espacio al agua
de las avenidas.
Se recomienda que se mantenga abierta la válvula durante los primeros meses de la temporada de lluvias
para apoyar la descarga de excedentes y luego cerrarla para que el embalse se llene completamente quince
días antes de la finalización del periodo de lluvias. De igual manera, debe tenerse un control permanente de la
válvula para evitar cualquier percance (manipulaciones por personas ajenas).
Se sugiere que para la selección de la válvula, se tenga presente principalmente la pendiente del vaso, la cantidad
de agua almacenada y la demanda. La válvula ayudará a evacuar los excedentes de agua paralelamente con el
aliviadero, evitando el desborde y posterior colapso de la estructura.
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GUÍA TÉCNICA
Bibliografía
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