III. DISEÑOIII. DISEÑO

De acuerdo con los datos obtenidos De acuerdo con los datos obtenidos en los estudios antes citados, se procederá en los estudios antes citados, se procederá a efectuar el diseño de cada una de las a efectuar el diseño de cada una de las estructuras integrantes de la obra, estructuras integrantes de la obra, pudiendo servir como guía, las siguientes pudiendo servir como guía, las siguientes normas generales:normas generales:

Dr. Eduardo Arteaga Tovar

a). Cortinaa). Cortina

Cortinas de tierra compactada Cortinas de tierra compactada por: por: Adaptarse en la mayoría de Adaptarse en la mayoría de

los casos a las condiciones los casos a las condiciones topográficas de la boquilla; topográficas de la boquilla; Por su relativo bajo costo;Por su relativo bajo costo;Por la abundancia de Por la abundancia de

materiales a distancias cortas materiales a distancias cortas de acarreode acarreoFlexibilidad estructural; Flexibilidad estructural; Empleo de mínimo equipo de Empleo de mínimo equipo de

construcción;construcción;Fácil conservación, etc.Fácil conservación, etc.

Para pequeños almacenamientos, se emplean Para pequeños almacenamientos, se emplean preferentemente:preferentemente:

Como una guía para el anteComo una guía para el ante--proyecto de proyecto de una cortina de este tipo: una cortina de este tipo:

La experiencia ha demostrado que La experiencia ha demostrado que pueden emplearse en condiciones pueden emplearse en condiciones normalesnormales

De acuerdo con su altura, las siguientes De acuerdo con su altura, las siguientes secciones se encuentran dentro de los secciones se encuentran dentro de los límites seguros, establecidos desde el punto límites seguros, establecidos desde el punto de vista de estabilidad:de vista de estabilidad:

Bordo Tipo

Secciones tipo de los bordos de almacenamiento

Los estudios serán las bases para la construcción de Los estudios serán las bases para la construcción de los bordos, tales como:los bordos, tales como:

Bancos de préstamo elegidosBancos de préstamo elegidosPeso volumétrico seco mínimoPeso volumétrico seco mínimoGrado de humedad óptimaGrado de humedad óptimaNúmero de pasadas para una capa de espesor Número de pasadas para una capa de espesor determinado con el equipo de compactación determinado con el equipo de compactación recomendado por los análisis que se efectuaron.recomendado por los análisis que se efectuaron.Para este tipo de estudios se requiere el envío de Para este tipo de estudios se requiere el envío de las muestras al laboratorio de mecánica de suelos las muestras al laboratorio de mecánica de suelos correspondiente, quien las procesarácorrespondiente, quien las procesaráEnviar los resultados al departamento técnico Enviar los resultados al departamento técnico encargado de su interpretación.encargado de su interpretación.

Ambos casos quedarán sujetos a la existencia de los Ambos casos quedarán sujetos a la existencia de los materiales necesarios y a estudios más severos, bajo materiales necesarios y a estudios más severos, bajo la supervisión de los departamentos técnicos la supervisión de los departamentos técnicos respectivos.respectivos.

Secciones de tipo mixto, Secciones de tipo mixto, formadas por un corazón formadas por un corazón impermeable de tierra y impermeable de tierra y espaldones de enrocamientoespaldones de enrocamiento

Secciones de gravedad a Secciones de gravedad a base de mampostería o base de mampostería o concreto. concreto.

Cuando las condiciones topográficas, geológicas, Cuando las condiciones topográficas, geológicas, hidrológicas, no lo permitan o las limitaciones de hidrológicas, no lo permitan o las limitaciones de materiales hagan prohibitivo el empleo de una cortina materiales hagan prohibitivo el empleo de una cortina de tierra, podrá recurrirse a:de tierra, podrá recurrirse a:

Corona de 2.00 m de Corona de 2.00 m de ancho;ancho;

Paramento vertical aguas Paramento vertical aguas abajo de 2.50 m de altura y abajo de 2.50 m de altura y de este punto paramento de este punto paramento inclinado aguas abajo con inclinado aguas abajo con talud de 0.75:1;talud de 0.75:1;

Paramento vertical aguas Paramento vertical aguas arriba de 5.00 m de altura arriba de 5.00 m de altura y de este punto paramento y de este punto paramento inclinado aguas arriba con inclinado aguas arriba con talud de 0.15:1.talud de 0.15:1.

Para cortinas de Para cortinas de mampostería, ( hasta 12.00 mampostería, ( hasta 12.00 m de altura), la sección m de altura), la sección puede tener las siguientes puede tener las siguientes características: características:

En caso de que la En caso de que la cimentación sea permeable: cimentación sea permeable:

Se proyectarán Se proyectarán dentellones o trincheras de dentellones o trincheras de material impermeablematerial impermeable

A la profundidad suficiente A la profundidad suficiente para llegar al nivel del para llegar al nivel del estrato impermeable.estrato impermeable.

Toda cortina deberá considerarse desplantada, en Toda cortina deberá considerarse desplantada, en terreno resistente e impermeable, ligándose terreno resistente e impermeable, ligándose perfectamente tanto en la zona del cauce como en las perfectamente tanto en la zona del cauce como en las laderas, basándose en los sondeos practicados sobre el laderas, basándose en los sondeos practicados sobre el eje de la cortina. eje de la cortina.

b). Obra de excedenciasb). Obra de excedencias

Se tendrá especial Se tendrá especial cuidado en su diseño, cuidado en su diseño, del vertedor de del vertedor de demasías basado en demasías basado en la avenida máxima la avenida máxima para el período de para el período de retorno de interés.retorno de interés.

Las fallas ocurridas mundialmente en presas de tierra Las fallas ocurridas mundialmente en presas de tierra se han debido de manera especial a la insuficiencia del se han debido de manera especial a la insuficiencia del vertedor de demasíasvertedor de demasías

Se emplearán dentellones Se emplearán dentellones de anclaje, de mampostería, de anclaje, de mampostería, cuya profundidad en ningún cuya profundidad en ningún caso podrá ser menor de caso podrá ser menor de 1.00 m y espesor mínimo de 1.00 m y espesor mínimo de 0.40 m. 0.40 m. En los extremos de la En los extremos de la

cresta vertedora se cresta vertedora se colocarán muros de cabeza, colocarán muros de cabeza, debidamente anclados al debidamente anclados al terraplén por medio de terraplén por medio de dentellones laterales, cuya dentellones laterales, cuya longitud mínima será de longitud mínima será de 1.50 m.1.50 m.

La estructura queda anclada al terreno natural, La estructura queda anclada al terreno natural, alojándose en cualquiera de las laderas o en un puerto alojándose en cualquiera de las laderas o en un puerto natural, pero jamás en el cuerpo de la cortina. natural, pero jamás en el cuerpo de la cortina.

La elevación de la cresta vertedora La elevación de la cresta vertedora se fijará considerando la carga de se fijará considerando la carga de trabajo a su máxima capacidad, trabajo a su máxima capacidad, adicionada de un bordo libre que adicionada de un bordo libre que nunca será menor a 0.75 m y se nunca será menor a 0.75 m y se podrá aumentar de acuerdo con la podrá aumentar de acuerdo con la importancia de la altura fijada a la importancia de la altura fijada a la cortina y la longitud del "cortina y la longitud del "fetchfetch", ", cuando haya peligro de oleaje.cuando haya peligro de oleaje.

La zona de descarga al pie del La zona de descarga al pie del vertedor quedará protegida vertedor quedará protegida cuando menos con un zampeado.cuando menos con un zampeado.

Se procurará que en el canal de Se procurará que en el canal de descarga se controle el descarga se controle el escurrimiento, encauzándolo escurrimiento, encauzándolo debidamente y regulando la debidamente y regulando la pendiente, pudiendo hacerse uso pendiente, pudiendo hacerse uso en casos especiales de estructuras en casos especiales de estructuras disipadoras.disipadoras.

Aspectos a considerarse en Aspectos a considerarse en la la selecciselecciónón del tipo de del tipo de vertedor de demasías:vertedor de demasías:

Condiciones topográficas y Condiciones topográficas y geológicas.geológicas.

Del carácter del régimen Del carácter del régimen de la corriente de la corriente aprovechada.aprovechada.

De la importancia de la De la importancia de la obra, de los cultivos o obra, de los cultivos o construcciones localizadas construcciones localizadas aguas abajo.aguas abajo.

Materiales y presupuesto Materiales y presupuesto disponible.disponible.

CCáálculo del Vertedor tipo cimacio lculo del Vertedor tipo cimacio con perfil Creager:con perfil Creager:Sus coordenadas se calculan con la Sus coordenadas se calculan con la carga máxima, que nunca se carga máxima, que nunca se considerará inferior a 1.00 metro, considerará inferior a 1.00 metro, aunque esta dimensión calculada aunque esta dimensión calculada de acuerdo con la avenida máxima de acuerdo con la avenida máxima sea menor. sea menor. La longitud de la cresta vertedora La longitud de la cresta vertedora se calcula con la fórmula de se calcula con la fórmula de Francis, con un coeficiente de Francis, con un coeficiente de descarga C=2 mdescarga C=2 m1/21/2/seg./seg.La altura mínima del vertedor sobre La altura mínima del vertedor sobre el nivel del piso será de 0.80 el nivel del piso será de 0.80 metros. metros. Las condiciones restrictivas tan Las condiciones restrictivas tan severas, que se señalan para la severas, que se señalan para la obra de excedencias en bordos de obra de excedencias en bordos de tierra, podrán modificarse a juicio tierra, podrán modificarse a juicio del ingeniero, cuando se trate de del ingeniero, cuando se trate de estructuras de este tipo en presas estructuras de este tipo en presas de gravedad o de gravedad o derivadorasderivadoras..

c). Obra de tomac). Obra de toma

El conducto de la obra se El conducto de la obra se iniciará en un muro de cabeza.iniciará en un muro de cabeza.

Generalmente de mampostería, Generalmente de mampostería, cimentado sobre terreno firme.cimentado sobre terreno firme.

El paramento aguas arriba será El paramento aguas arriba será vertical, los laterales y el de vertical, los laterales y el de aguas abajo serán inclinados aguas abajo serán inclinados que garanticen su estabilidad.que garanticen su estabilidad.

Operación de la toma:Operación de la toma:

Se hará por medio de una Se hará por medio de una compuerta deslizante accionada compuerta deslizante accionada por un mecanismo elevador.por un mecanismo elevador.

Delante de la compuerta, Delante de la compuerta, sobre la mampostería se sobre la mampostería se dejarán muescas especiales dejarán muescas especiales para colocar agujas de madera para colocar agujas de madera en caso de descompostura de la en caso de descompostura de la compuerta. compuerta.

El acceso al mecanismo El acceso al mecanismo elevador se recomienda se haga elevador se recomienda se haga mediante un mediante un pedraplénpedraplén colocado colocado a mano.a mano.

Características del conducto de la obra Características del conducto de la obra de toma:de toma:

De concreto reforzado, De concreto reforzado, precoladoprecolado o o colado en el lugar de la obra, con colado en el lugar de la obra, con diámetro mínimo de 0.61 metros.diámetro mínimo de 0.61 metros.

Alojado preferentemente en una Alojado preferentemente en una zanja abierta en el terreno natural, zanja abierta en el terreno natural, para evitar asentamientos.para evitar asentamientos.

Con dentellones de concreto, con Con dentellones de concreto, con espaciamiento y dimensiones espaciamiento y dimensiones necesarias de acuerdo con la necesarias de acuerdo con la longitud mínima del recorrido de longitud mínima del recorrido de filtración dada por la fórmula de filtración dada por la fórmula de BlighBligh o por la de o por la de LaneLane. .

La descarga se hará en una caja de La descarga se hará en una caja de mampostería con altura necesaria mampostería con altura necesaria para evitar el derramamiento del para evitar el derramamiento del agua y de ella saldrá el canal o agua y de ella saldrá el canal o canales de riego.canales de riego.

La descarga también se podrá hacer La descarga también se podrá hacer mediante transición reglada, ligando mediante transición reglada, ligando directamente el conducto con el directamente el conducto con el canal de riego.canal de riego.

Consideraciones en la obra de Consideraciones en la obra de toma para bordos pequeños de toma para bordos pequeños de hasta de 5.50 m de altura:hasta de 5.50 m de altura:

Se puede diseñar la obra de Se puede diseñar la obra de toma con rejilla de protección toma con rejilla de protección aguas arriba, tubería de asbesto aguas arriba, tubería de asbesto cemento hasta con diámetro cemento hasta con diámetro máximo de 20.32 cm. (8") y máximo de 20.32 cm. (8") y válvula de operación.válvula de operación.

Factores esenciales en el diseño Factores esenciales en el diseño de la obra de toma:de la obra de toma:

Su elevación en el lado aguas Su elevación en el lado aguas arriba queda obligada por la arriba queda obligada por la capacidad de azolves.capacidad de azolves.Lado aguas abajo (descarga) Lado aguas abajo (descarga) queda ligada a la zona de riego.queda ligada a la zona de riego.Debe evitarse que la obra de Debe evitarse que la obra de toma y el vertedor queden toma y el vertedor queden alojados en la misma margen.alojados en la misma margen.

d). Canalesd). CanalesSe calcularán por medio de la fórmula de Se calcularán por medio de la fórmula de ManningManning..Deben proyectarse con un gasto Deben proyectarse con un gasto proporcional al área de riego que vayan a proporcional al área de riego que vayan a servir.servir.Zonas de riego pequeñas requieren un Zonas de riego pequeñas requieren un caudal unitario de 3 l.p.s./ha.caudal unitario de 3 l.p.s./ha.La pendiente dependerá del trazo y el La pendiente dependerá del trazo y el coeficiente de rugosidad en tierra, se coeficiente de rugosidad en tierra, se considerará de 0.030, pero si el canal es considerará de 0.030, pero si el canal es muy pequeño debe cambiarse a 0.035.muy pequeño debe cambiarse a 0.035.Las condiciones geométricas se ajustarán Las condiciones geométricas se ajustarán en lo posible, a secciones tipo, de fácil en lo posible, a secciones tipo, de fácil construcción.construcción.Se proyectarán de modo que la superficie Se proyectarán de modo que la superficie libre de agua quede 0.20 metros por libre de agua quede 0.20 metros por encima del nivel natural del terreno.encima del nivel natural del terreno.Colocar bordos de protección en ambas Colocar bordos de protección en ambas márgenes, tratando de obtener una márgenes, tratando de obtener una sección compensada, o la sección tipo que sección compensada, o la sección tipo que más se acerque a ella.más se acerque a ella.

Los canales de conducción Los canales de conducción pueden proyectarse pueden proyectarse totalmente enterrados, totalmente enterrados, ajustándolos a la sección tipo ajustándolos a la sección tipo más conveniente.más conveniente.

La sección que se elija, para La sección que se elija, para canales de tierra, deberá canales de tierra, deberá adecuarse a una pendiente adecuarse a una pendiente tal, que produzca velocidades tal, que produzca velocidades entre 0.40 y 0.8 m/seg.entre 0.40 y 0.8 m/seg.

Las estructuras requeridas se Las estructuras requeridas se adoptarán a modelos tipo, en adoptarán a modelos tipo, en cuanto sea posible, y se cuanto sea posible, y se someterán a una revisión someterán a una revisión muy cuidadosa por arte del muy cuidadosa por arte del departamento técnico departamento técnico respectivo.respectivo.

e). Obras de derivacióne). Obras de derivaciónDeterminar el caudal a derivar Determinar el caudal a derivar

Métodos de estimación del caudal:Métodos de estimación del caudal:

A)A) Considerar todos los factores Considerar todos los factores agrológicos que intervienen.agrológicos que intervienen.

B)B) Se fija un gasto en proporción a la Se fija un gasto en proporción a la capacidad del depósito, teniendo en capacidad del depósito, teniendo en cuenta las condiciones hidrológicas cuenta las condiciones hidrológicas de la región.de la región.

En función del gasto necesario y de En función del gasto necesario y de la pendiente escogida, de acuerdo la pendiente escogida, de acuerdo con las condiciones geológicas y con las condiciones geológicas y topográficas, se determinan las topográficas, se determinan las características geométricas e características geométricas e hidráulicas del canal de conducción o hidráulicas del canal de conducción o de riego, procurando siempre que de riego, procurando siempre que sea posible, emplear secciones tipo.sea posible, emplear secciones tipo.

Consideraciones del mConsideraciones del métodoétodo B:B:

Se aplica la fórmula de vertedores Se aplica la fórmula de vertedores ahogados.ahogados.

La bocatoma (de paso inferior o La bocatoma (de paso inferior o superior) necesita una carga para su superior) necesita una carga para su funcionamiento.funcionamiento.

Para tener carga, la elevación de la Para tener carga, la elevación de la cresta vertedora del dique será:cresta vertedora del dique será:

= elevación del espejo del agua en el = elevación del espejo del agua en el canal de derivación + carga canal de derivación + carga necesaria que proporcione la necesaria que proporcione la velocidad de paso deseada a través velocidad de paso deseada a través de la bocatoma.de la bocatoma.

La longitud del dique se fijará de La longitud del dique se fijará de acuerdo con el ancho disponible en el acuerdo con el ancho disponible en el cauce del arroyo.cauce del arroyo.

La carga sobre la cresta se obtiene La carga sobre la cresta se obtiene con la longitud seleccionada y con el con la longitud seleccionada y con el gasto probable de la avenida gasto probable de la avenida máxima. máxima.

Obra complementaria:Obra complementaria:

Desarenador: invariablemente tendrá Desarenador: invariablemente tendrá su eje normal al de la toma y con su eje normal al de la toma y con una elevación de la plantilla frente a una elevación de la plantilla frente a la bocatoma que será cuando menos la bocatoma que será cuando menos 60 cm más baja que la elevación de 60 cm más baja que la elevación de la parte inferior del conducto de la la parte inferior del conducto de la toma. toma.

Área de paso apropiada: se Área de paso apropiada: se determina dividiendo el gasto determina dividiendo el gasto máximo de extracción por la toma, máximo de extracción por la toma, entre una velocidad comprendida de entre una velocidad comprendida de 0.3 a 0.6 m/seg.0.3 a 0.6 m/seg.

En la sección que contiene a las En la sección que contiene a las compuertas desarenadoras, la compuertas desarenadoras, la velocidad de arrastre será de 3.0 a velocidad de arrastre será de 3.0 a 6.0 m/6.0 m/segseg y en el canal desarenador y en el canal desarenador de 2.5 a 3.5 m/seg. de 2.5 a 3.5 m/seg.

Muros de encauce: Muros de encauce:

* * Su longitud depende de la Su longitud depende de la topografía y geología del terreno.topografía y geología del terreno.

* Su altura depende del nivel de * Su altura depende del nivel de aguas máximas sobre la sección aguas máximas sobre la sección vertedora, más un bordo libre mínimo vertedora, más un bordo libre mínimo de 0.50 m.de 0.50 m.

Cuando la finalidad de la obra sea de Cuando la finalidad de la obra sea de derivar aguas de una cuenca hacia derivar aguas de una cuenca hacia otra:otra:

Deberán proyectarse orificios libres, Deberán proyectarse orificios libres, sin compuertas en condiciones tales, sin compuertas en condiciones tales, que permitan la entrada del agua al que permitan la entrada del agua al canal en cualquier momento en que canal en cualquier momento en que se produzca una avenida. se produzca una avenida.

En el caso en que los volúmenes de En el caso en que los volúmenes de acarreos sean considerables, será acarreos sean considerables, será conveniente preferir una bocatoma de conveniente preferir una bocatoma de tipo vertedor.tipo vertedor.