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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS
FACULTAD DE AGRONOMÍA
CARRERA DE INGENIERÍA AGRONÓMICA
TRABAJO DIRIGIDO
PROPUESTA TÉCNICA PARA CAPTACIÓN DE AGUAS SUB-
SUPERFICIALES MEDIANTE GALERIAS FILTRANTES PARA PROYECTOS
DE RIEGO
HERNAN HUAYCHO PACAJES
La Paz – Bolivia
2012
UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS
FACULTAD DE AGRONOMÍA
CARRERA DE INGENIERÍA AGRONÓMICA
PROPUESTA TÉCNICA PARA CAPTACIÓN DE AGUAS SUB-
SUPERFICIALES MEDIANTE GALERIA FILTRANTE PARA PROYECTOS DE
RIEGO
Trabajo Dirigido presentado como requisito parcial para optar el Título de
Ingeniero Agrónomo
HERNAN HUAYCHO PACAJES
Asesor:
Ing. M.Sc. Jaime Alberto Córdova Espinoza ……………….
Revisor (es):
Ing. M.Sc. Paulino Ruiz Huanca .…………………..
Ing. Genaro Serrano Coronel .…………………..
Aprobado
Presidente Tribunal Examinador .………………….
La Paz – Bolivia 2012
AGRADECIMIENTOS
A: La Facultad de Agronomía de la Universidad Mayor
de San Andrés.
Al: Docente Asesor del presente trabajo dirigido, por
haberme guiado y apoyado para la elaboración de
este documento.
A: Los Docentes Coordinadores, por su motivación y
apoyo para hacer realidad este trabajo.
A: Los Docentes Revisores, por su dinamismo y
consejos para realizar el trabajo con los objetivos
trazados.
A: Los compañer@s de estudio, muchas gracias por
ser mis amig@s.
DEDICATORIA
A Dios: Todopoderoso, quien me dio la fe, la fortaleza, la
salud y la esperanza para terminar este trabajo.
A mis padres: Modesto † y Carmen, porque me apoyaron y apoyan
siempre que lo necesito, para seguir adelante; este
logro es de ustedes más que mío por el amor y
esfuerzo que me brindan.
A mis hijos: Rodrigo y Luciana, que son mi inspiración y alegría,
ahora y siempre y con las que comparto este logro
y orgullo.
A mi esposa: Yoli, que es mi motivación y alegría, ahora y
siempre y con las que comparto este logro y orgullo.
A mis hermanos: Felipa, Elvira, Alicia, Nilda †, Edgar, Nelson, Lizet
Nancy, por su apoyo y comprensión en todo
momento.
A mis sobrinos: Charles, Ronald, Elvis, Vannesa, Klondy Neiva, Fany,
Eddy, Leysin, Julio César, Silvia, Mariela, Alex,
Leyda, Camila, Nayeli, Brizeida, por su apoyo y
comprensión en todo momento.
A: Todos mis amig@s de la Universidad, por darme
todo el apoyo para seguir adelante.
RESUMEN
El presente trabajo tiene como objetivo, proponer una técnica para la captación
de aguas sub-superficiales, mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
en el municipio de Patacamaya del departamento de La Paz y en lugares de
características similares.
Las galerías filtrantes son estructuras aptas para la captación de aguas sub-
superficiales (subálveas) ubicadas en el lecho de los ríos.
El presente trabajo, estableció la propuesta a partir de estudios de caso, donde
caracterizó y sistematizó las experiencias de diseño y construcción de las
galerías filtrantes, en las comunidades de Capunuta, Cala Cala - Municipio de
Patacamaya del departamento de La Paz y Qollpa Churu y Anocariri - Municipio
de Machacamarca del departamento de Oruro.
La propuesta consiste en captar las aguas sub-superficiales mediante galerías
filtrantes tipo captaciones mixtas (galería de estructura bóveda de HoCo, tubería
de infiltración y aducción de PVC de 12” y cámaras de inspección de HoCo).
El trabajo concluye, que el bofedal es un indicador principal para determinar la
presencia de aguas sub-superficiales, asimismo la orientación apropiada de las
galerías filtrantes de forma perpendicular al flujo de aguas sub-superficiales,
favorecen en el buen rendimiento. Además, este tipo de obras de captación,
permite hacer uso eficiente y racional del agua en un medio donde prevalece el
escenario de “escases de agua”, así como también contar con este recurso
durante gran parte del año.
El trabajo se pone a disposición de los estudiantes y profesionales que trabajan
en el sector, con el propósito de contribuir a mejorar los servicios de diseño y
construcción de obras de riego.
INDICE
I. INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 1
1.1. Planteamiento del Problema .................................................................... 1
1.2. Justificación ............................................................................................. 2
1.3. Objetivos .................................................................................................. 2
1.4. Objetivo general ....................................................................................... 2
1.5. Objetivos específicos ............................................................................... 3
1.6. Meta ......................................................................................................... 3
II. MARCO TEÓRICO .......................................................................................... 3
2.1. Contexto Normativo ................................................................................. 3
2.1.1. Acuífero subterráneo-aguas subterráneas ........................................ 4
2.1.2. Caudal de agua ................................................................................. 5
2.1.3. Caudal de riego ................................................................................. 5
2.1.4. Cuenca hidrológica ............................................................................ 5
2.1.5. Fuente de agua.................................................................................. 5
2.1.6. Infraestructura de riego u obras de riego ........................................... 6
2.1.7. Recursos hídricos .............................................................................. 6
2.1.8. Riego ................................................................................................. 6
2.1.9. Bofedal .............................................................................................. 6
2.2. Marco Conceptual .................................................................................... 6
2.2.1. Cada gota es importante ................................................................... 6
2.2.2. Sistema de riego ................................................................................ 7
2.2.3. El diseño de sistemas de riego como un proceso social y técnico .... 7
2.2.4. Fuentes de agua ................................................................................ 8
2.2.4.1. Aguas Sub-álveas o Sub-superficiales ...................................... 9
2.2.5. Hidrología .......................................................................................... 9
2.2.6. Ciclo hidrológico .............................................................................. 10
2.2.7. Precipitación .................................................................................... 11
2.2.7.1. Formas de precipitación .......................................................... 12
Llovizna ................................................................................... 12
Lluvia ....................................................................................... 12
Escarcha ................................................................................. 12
Nieve ....................................................................................... 12
Granizo .................................................................................... 12
2.2.8. Escurrimiento ................................................................................... 13
2.2.8.1. Escurrimiento superficial ......................................................... 13
2.2.8.2. Escurrimiento sub-superficial .................................................. 14
2.2.8.3. Escurrimiento subterráneo ...................................................... 14
2.2.9. Infiltración ........................................................................................ 14
2.2.10. Relaciones precipitación-escorrentía ............................................. 15
2.2.11. Cartografía ..................................................................................... 15
2.2.12. Fuentes de agua subterránea ........................................................ 16
Vertientes o manantiales ............................................................... 16
Agua sub-superficial ...................................................................... 16
Agua subterránea profunda ........................................................... 16
2.2.13. Agua subterránea .......................................................................... 16
2.2.14. Acuíferos ....................................................................................... 18
2.2.14.1. Tipos de acuíferos ................................................................... 19
Acuíferos no confinados ................................................................ 19
Acuíferos confinados ..................................................................... 19
2.2.14.2. Alimentación y descarga ......................................................... 20
Alimentación .................................................................................. 20
Descarga ....................................................................................... 20
2.2.14.3. Propiedades del acuífero ........................................................ 20
Porosidad ...................................................................................... 20
Rendimiento específico ................................................................. 21
2.2.15. Obras de captación o toma ............................................................ 21
2.2.15.1. Captación de aguas subterráneas .......................................... 21
2.2.15.2. Captación de aguas sub-álveas o sub-superficiales ............... 22
2.2.16. Galerías filtrantes .......................................................................... 24
2.2.16.1. Historia ................................................................................... 24
2.2.16.2. Estructura filtrante (galería filtrante) ........................................ 25
Galería o bóveda ..................................................................... 27
Tubería de infiltración o de avenamiento ................................ 28
2.2.16.3. Clasificación de las galerías filtrantes ..................................... 28
2.2.16.3.1. Según características constructivas ............................. 28
Galerías propiamente dichas ........................................ 29
Zanjas o trincheras ....................................................... 29
Drenes .......................................................................... 29
Captaciones mixtas ...................................................... 30
2.2.16.3.2. Según características del acuífero ................................ 30
2.2.16.4. Condiciones requeridas para elegir la obra de toma tipo
galería filtrante ...................................................................... 31
2.2.16.5. Estudios necesarios para elegir la obra de toma tipo
galería filtrante ...................................................................... 31
Topografía ............................................................................. 31
Disponibilidad de agua .......................................................... 32
Pruebas de bombeo .............................................................. 33
2.2.16.6. Criterios de diseño ................................................................ 33
2.2.16.7. Diseño hidráulico ................................................................... 35
2.2.16.8. Flujo superficial ..................................................................... 36
2.2.16.9. Localización de ranuras y área ranurada .............................. 38
2.2.16.9.1. Criterios hidráulicos para el diseño de las barbacanas . 39
2.2.16.10. Diseño del filtro ..................................................................... 40
2.2.16.11. Utilización de las galerías filtrantes ....................................... 42
2.2.16.12. Ventajas de las galerías filtrantes construidas en
materiales no consolidados ................................................... 42
2.2.16.13. Requerimientos para el diseño de galerías filtrantes ............ 43
2.2.17. Cuenca del Altiplano ..................................................................... 44
III. DESCRIPCIÓN Y METODOLOGÍA ............................................................... 46
3.1. Ubicación geográfica.............................................................................. 46
3.1.1. Macrolocalización Patacamaya ....................................................... 46
3.1.2. Macrolocalización Machacamarca ................................................... 47
3.2. Materiales .............................................................................................. 48
3.3. Metodología ........................................................................................... 48
3.3.1. Metodología General ....................................................................... 48
3.3.2. Metodología Específica ................................................................... 49
3.3.3. Procedimiento de trabajo ................................................................. 49
3.3.3.1. Obtención de información primaria (estudio de caso) ............. 49
3.3.3.2. Obtención de información secundaria ................................... 51
3.3.3.3. Trabajo de gabinete ................................................................ 51
3.3.4. Variables de respuesta .................................................................... 52
3.3.5. Descripción de los ríos Khora y Cebada Mayu ................................ 52
Rio Khora ................................................................................................... 52
Rio Cebada Mayu ....................................................................................... 54
3.3.6. Características del ámbito físico local .............................................. 55
Capunuta .................................................................................................... 55
Cala Cala .................................................................................................... 55
Qollpa Churu .............................................................................................. 55
Anocariri ..................................................................................................... 56
3.3.7. Características generales y específicas de la galería filtrante,
diseño y construcción ...................................................................... 56
Capunuta .................................................................................................... 56
Cala Cala .................................................................................................... 58
Qollpa Churu .............................................................................................. 59
Anocariri ..................................................................................................... 61
3.3.8. Características respecto a criterios de diseño y construcción ......... 62
Capunuta .................................................................................................... 62
Cala Cala .................................................................................................... 65
Qollpa Churu .............................................................................................. 67
Anocariri ..................................................................................................... 69
3.3.9. Presencia de bofedales sobre el lecho del rio, indicador
principal ......................................................................................... 71
3.3.10. Verificación del flujo de aguas sub-superficiales a través de
pruebas de bombeo ....................................................................... 73
3.3.11. Orientación de la galería respecto al flujo de aguas sub-
superficiales ................................................................................... 73
3.3.12. Diseño hidráulico ........................................................................... 75
3.3.13. Componentes de una galería filtrante ............................................ 76
3.3.14. Funciones de los componentes de una galería filtrante ................ 79
IV. ANÁLISIS, EVALUACIÓN ............................................................................ 80
4.1. Análisis y evaluación de resultados ....................................................... 80
4.1.1. En relación a la caracterización de experiencias de técnicas
de captación de aguas sub-superficiales, mediante galerías
filtrantes ....................................................................................... 80
4.1.2. En relación a criterios básicos de elegibilidad, de modo que
permita la implementación de la técnica de captación de
aguas sub-superficiales, mediante galerías filtrantes ................. 83
4.1.3. En relación al diseño de la técnica de captación de aguas sub-
superficiales, mediante galerías filtrantes .................................... 86
V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................. 89
5.1. En relación a la caracterización de las experiencias de técnicas de
captación de aguas sub-superficiales, mediante galerías filtrantes ...... 89
5.1.1. Conclusiones ................................................................................. 89
5.1.2. Recomendaciones ......................................................................... 89
5.2. En relación a los criterios básicos de elegibilidad, de modo que
permita la implementación de la técnica de captación de aguas sub-
superficiales, mediante galerías filtrantes .............................................. 90
5.2.1. Conclusiones ................................................................................. 90
5.2.2. Recomendaciones ......................................................................... 90
5.3. En relación al diseño tipo, de la técnica de captación de aguas sub-
superficiales, mediante galerías filtrantes .............................................. 91
5.3.1. Conclusiones ................................................................................. 91
5.3.2. Recomendaciones ......................................................................... 91
VI. PROPUESTA TÉCNICA DE CAPTACION DE AGUAS SUB-
SUPERFICIALES, MEDIANTE GALERIAS FILTRANTES ........................... 92
6.1. Reconocimiento de campo ....................................................................... 92
6.2. Pruebas de bombeo ................................................................................. 93
6.3. Determinación de la dirección del flujo sub-superficial ............................. 93
6.4. Selección del filtro y barbacanas .............................................................. 94
6.5. Criterios técnicos para la fundación .......................................................... 95
6.6. Otros aportes de caudal ........................................................................... 95
6.7. Diseño tipo de las galerías filtrantes ......................................................... 96
Consideraciones, galerías filtrantes de estructura
bóveda ...................................................................... 96
Consideraciones, tubería de infiltración ................................................. 97
Consideraciones, tubería de aducción ................................................... 98
Consideraciones, cámara de inspección ................................................ 98
6.8. Presupuesto ............................................................................................. 98
6.9. Tiempo de ejecución ................................................................................ 98
VII. BIBLIOGRAFÍA.............................................................................................. 99
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Esquema diseño sistemas de riego (Huaycho, 2012,
adaptado de Vega, del Callejo, Durán y Gutiérrez, 2002,
citado por Centro Agua, 2004) 8
Figura 2. Ciclo Hidrológico-www.galerias.educ.ar/main.php (2012). 11
Figura 3. Galería de filtración de forma abovedada (Ministerio de
Servicios y Obras Públicas, 2005) 28
Figura 4. Posiciones de una galería. Proyecto
Suma Uma-Jica (2010) 37
Figura 5. Mapa microlocalización Capunuta y Cala Cala 46
Figura 6. Mapa microlocalización Qollpa Churu y Anocariri 47
Figura 7. Croquis de la galería filtrante Capunuta 57
Figura 8. Croquis galería filtrante Cala Cala 59
Figura 9. Croquis galerías filtrantes Qollpa Churu 60
Figura 10. Croquis galería filtrante Anocariri 61
Figura 11. Sección galería filtrante Capunuta 77
Figura 12. Sección galería filtrante Cala Cala 77
Figura 13. Sección galería filtrante Qollpa Churu 78
Figura 14. Sección galería filtrante Anocariri 79
Figura 15. Rendimiento de las galerías 81
INDICE DE FOTOGRAFIAS
Fotografía 1. Vista panorámica del rio Khora 53
Fotografía 2. Vista panorámica del rio Cebada Mayu 54
Fotografía 3. Galería filtrante tipo bóveda y la cámara final-
Capunuta 63
Fotografía 4. Muro transversal aguas arriba. Se observa una
barbacana y el filtro de piedras-Capunuta 63
Fotografía 5. Cámara final de la galería. Se observa la circulación
de aguas sub-superficiales interceptada por la
galería-Capunuta 64
Fotografía 6. Cámara de inspección. Se observa el ingreso de
aguas sub-superficiales a través de barbacanas-
Capunuta 64
Fotografía 7. Escurrimiento sub-superficial en la excavación de
la galería filtrante -Cala Cala 65
Fotografía 8. Cámara inicial de la galería filtrante, cerca a un
bodefal- Cala Cala. 66
Fotografía 9. Cámara final de la galería filtrante-Cala Cala 66
Fotografía 10. Cámara de inspección. Se observa el paso del
aguas, pero no presenta barbacanas –Cala Cala 67
Fotografía 11. Vista panorámica de las galerías filtrantes, se
observa a detalle la ubicación del tajamar, muro de
protección y la cámara final-Qollpa Churu 68
Fotografía 12. Cámara que intercepta la captación de las dos
galerías filtrantes-Qollpa Churu 68
Fotografía 13. Cámara de inicio-Anocariri 69
Fotografía 14. Cámara intermedia a una profundidad de 6 m, se
ve en lo profundo la corriente del agua-Anocariri 70
Fotografía 15. Cámara intermedia a una profundidad de 2 m. Se
ve en lo profundo la corriente del agua-Anocariri 70
Fotografía 16. Cámara intermedia con una tapa precaria de
maderas- Anocariri 71
Fotografía 17. Afloramiento de aguas sub-superficiales-bofedal
Cala Cala 72
Fotografía 18. Afloramiento de aguas sub-superficiales-bofedal
Capunuta 72
Fotografía 19. Reservorio (Kotaña) de 250 m3 construida a 50 m
aguas abajo de la cámara de inicio-galería filtrante-
Cala Cala 75
INDICE DE CUADROS
Cuadro 1. Parámetro admisible para la velocidad de aproximación 40
ANEXOS
Anexo 1. Ficha de evaluación expost galerías filtrantes.
Anexo 2. Planos de las galerías filtrantes tipo captaciones mixtas.
Anexo 3. Presupuesto general y resumen de las galerías filtrantes
captaciones mixtas.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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1
PROPUESTA TÉCNICA PARA CAPTACIÓN DE AGUAS SUB-
SUPERFICIALES MEDIANTE GALERIAS FILTRANTES PARA PROYECTOS
DE RIEGO
I. INTRODUCCIÓN
1.1. Planteamiento del Problema
El agua, el líquido vital por naturaleza, ha sido un factor determinante para la
evolución tanto de especies vegetales como animales. La historia dice que el
hombre procuró siempre establecerse en las inmediaciones de los ríos,
manantiales, lagos y otras fuentes de agua de donde pudiera proveerse. A lo
largo de su historia, el hombre ha tenido que enfrentarse con el problema del
agua, pues tanto resulta imperante la presencia del agua para el desarrollo de
sus actividades cotidianas, agricultura, como le es peligrosa en exceso, tal es el
caso de las grandes inundaciones y catástrofes que han ocurrido a causa del
agua y los fenómenos que suceden a raíz de esta.
Con el ciclo hidrológico se mantiene el equilibrio que debe haber con respecto al
agua, pues el agua se evapora en los océanos, se transporta en forma de nubes
hasta los continentes, cae como agua de lluvia, granizo o nieve, una parte se
incorpora a las corrientes de ríos y otra parte se infiltra al suelo y recarga los
mantos acuíferos, para posteriormente seguir con su trayectoria hasta ser
devuelta a los grandes océanos. Entonces no toda el agua de lluvia es captada
por los ríos.
En el territorio de Bolivia, existen diferentes fuentes de agua, estas pueden ser
aguas meteóricas, superficiales, subterráneas y sub-superficiales. En particular
en el altiplano central, existen fuentes de agua que están emplazadas en los
lechos de los ríos, denominadas aguas sub-superficiales o subálveas. Donde
muchas veces los pobladores del área rural, aún conociendo la existencia de
este recurso natural, por falta de información o técnicas alternativas, no pueden
captarlo. Pero no solo los pobladores del área rural desconocen alternativas de
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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2
captación, sino también algunas instituciones que trabajan con la temática del
agua.
1.2. Justificación
En vista de que el agua es vital, este recurso es indispensable para el consumo
humano, pero también es importante para la producción agropecuaria, y por las
razones mencionadas arriba, se deduce que las técnicas de captación de
fuentes de aguas meteóricas, superficiales y subterráneas, son conocidas y
relativamente fáciles de implementar. Para estas fuentes ya existen diseños
elaborados, y muchas instituciones tienen conocimiento sobre esto, inclusive hay
comunidades que pueden construir este tipo de obras sin necesidad de
asesoramiento técnico, sobre todo la fuente de aguas superficiales.
Sin embargo las fuentes de agua que se encuentran en los lechos de los ríos,
llamadas aguas sub-superficiales o subálveas, que son escasamente
aprovechadas y pueden ser captadas de manera eficiente mediante galerías
filtrantes. Por ello es importante plantear esta alternativa de captación.
Como una alternativa para el aprovechamiento de aguas sub-superficiales o
subálveas, el presente trabajo dirigido propone la captación de aguas sub-
superficiales mediante galerías filtrantes. El presente trabajo está dirigido a
ofrecer una alternativa para captar y/o aprovechar el agua, no es una alternativa
para proponer un proyecto o sistema de micro riego. Esta propuesta solo es uno
de los componentes del sistema de micro riego, en este caso la infraestructura
hidráulica (propuesta técnica de captación de aguas sub-superficiales).
1.3. Objetivos
1.3.1. Objetivo general
Proponer una técnica para la captación de aguas sub-superficiales, mediante
galerías filtrantes para proyectos de riego en el municipio de Patacamaya del
departamento de La Paz y en lugares de características similares.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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3
1.3.2. Objetivos específicos
Caracterizar las experiencias de técnicas de captación de aguas sub-
superficiales, mediante galerías filtrantes.
Elaborar criterios básicos de elegibilidad, de modo que permita la
implementación de la técnica de captación de aguas sub-superficiales,
mediante galerías filtrantes.
Formular un diseño tipo, de la técnica de captación de aguas sub-
superficiales, mediante galerías filtrantes.
1.4. Meta
Disponer de una propuesta técnica formulada para implementar la captación de
aguas sub-superficiales, mediante galerías filtrantes en el municipio de
Patacamaya del departamento de La Paz y en lugares de características
similares.
II. MARCO TEÓRICO
2.1. Contexto Normativo
El agua constituye un derecho fundamental para la vida, en el marco de la
soberanía del pueblo. El estado promoverá el uso y acceso al agua sobre la
base de principios de solidaridad, complementariedad, reciprocidad, equidad,
diversidad y sustentabilidad.
Los recursos hídricos en todos sus estados, superficiales y subterráneos,
constituyen recursos finitos, vulnerables, estratégicos y cumplen una función
social, cultural y ambiental (Constitución política del estado, Capitulo V, de los
recursos hídricos, artículo 373).
“Es deber del estado gestionar, regular, proteger y planificar el uso adecuado y
sustentable de los recursos hídricos, con participación social, garantizando el
acceso al agua a todos sus habitantes” (Constitución política del estado, Capitulo
V, de los recursos hídricos, artículo 374).
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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4
“Promover sistemas de riego, con el fin de garantizar la producción
agropecuaria” (Constitución política del estado, Capitulo V, de los recursos
hídricos, artículo 406, numeral 7).
Establecer las normas que regulan el aprovechamiento sostenible de los
recursos hídricos en las actividades de riego para la producción agropecuaria y
forestal, su política, el marco institucional, regulatorio y de gestión de riego,
otorgando y reconociendo derechos, estableciendo obligaciones y
procedimientos para la resolución de conflictos, garantizando la seguridad de las
inversiones comunitarias, familiares, públicas y privadas (El 8 de octubre de
2004, se aprobó la Ley No. 2878 de Promoción y Apoyó al Sector Riego, título I,
capítulo único, artículo 1, objeto).
Tiene como ámbito de aplicación y regulación las actividades relacionadas con el
uso y aprovechamiento del agua para riego, la infraestructura e inversiones
relacionadas con estas actividades así como el rol y funciones de instituciones
públicas y privadas del sector riego, en el territorio nacional (Reglamentación,
Ley No. 2878 de Promoción y Apoyó al Sector Riego, título I, capítulo único,
artículo 2, aplicación).
Establece el marco general e institucional de la Promoción y Apoyó al sector
Riego, para la Producción Agropecuaria y Forestal (Reglamentación, Ley No.
2878, marco institucional, título I, capítulo I, articulo 1, objeto).
A efectos de la aplicación e interpretación de dicha reglamentación se
establecen las siguientes definiciones.
2.1.1. Acuífero subterráneo-aguas subterráneas
Agua estática o en movimiento existente bajo la superficie del suelo. Se
encuentra saturado completamente el volumen de los poros y fisuras de
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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estructuras geológicas sedimentarias (Reglamentación, Ley No. 2878, marco
institucional, título I, capítulo I, articulo 3, definiciones).
2.1.2. Caudal de agua
Medida física relativa a la cantidad de agua medida o expresada en volumen por
unidad de tiempo, que circula o pasa por una sección o punto y un momento
determinado (Reglamentación, Ley No. 2878, marco institucional, título I, capítulo
I, articulo 3, definiciones).
2.1.3. Caudal de riego
Caudal de agua u otra forma de distribución del agua según usos y costumbres,
condicionado por los requerimientos y limitantes de la operación y distribución
del sistema de riego, tecnologías que usa relacionado con los requerimientos de
la estrategia productiva y el manejo del agua a nivel parcelario (Reglamentación,
Ley No. 2878, marco institucional, título I, capítulo I, articulo 3, definiciones).
2.1.4. Cuenca hidrológica
La cuenca de drenaje de una corriente, es el área de terreno donde todas las
aguas caídas por precipitación, se unen para formar un solo curso de agua.
Cada curso de agua tiene una cuenca bien definida, para cada punto de su
recorrido (Villón, 2011).
2.1.5. Fuente de agua
Volumen, caudal o áreas de escurrimiento de agua en uso y aprovechamiento o
susceptible de aprovechamientos embalsados o que prosiguen un cauce o que
provienen de ríos, vertientes, acuíferos, áreas de recarga, entre otros; objeto de
derecho de uso y aprovechamiento en calidad de registro o autorización
(Reglamentación, Ley No. 2878, marco institucional, título I, capítulo I, articulo 3,
definiciones).
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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6
2.1.6. Infraestructura de riego u obras de riego
Estructura u obra física-mecánica o medios materiales dispuestos e
interrelacionados con el propósito de captar, almacenar, conducir o distribuir la
fuente de agua en un sistema de riego. Las más características son: presas,
obras de toma, galerías filtrantes, canales, sifones, acueductos y otras obras
directa o indirectamente relacionadas con el riego (Reglamentación, Ley No.
2878, marco institucional, título I, capítulo I, articulo 3, definiciones).
2.1.7. Recursos hídricos
Porción del agua existente que es susceptible de ser aprovechada con fines
productivos y de consumo humano (Reglamentación, Ley No. 2878, marco
institucional, título I, capítulo I, articulo 3, definiciones).
2.1.8. Riego
Aplicación artificial de agua al suelo, relacionada con fines productivos
agropecuarios o forestales como: a) proporcionar la humedad para el desarrollo
de los cultivos; b) conservar humedad ante sequias de corta duración; c)
refrigerar el suelo y la atmósfera; d) lavar o disolver las sales; e) reducir el peligro
de tubificación; f) suavizar las parcelas de producción (Reglamentación, Ley No.
2878, marco institucional, título I, capítulo I, articulo 3, definiciones).
2.1.9. Bofedal
Pradera natural o ecosistema, presente en zonas agro-ecológicas de puna alta,
con condiciones hídricas del suelo propias y humedad edáfica permanente que
permite una productividad alta de hierbas o forestales (Reglamentación, Ley No.
2878, marco institucional, título I, capítulo I, articulo 3, definiciones).
2.2. Marco Conceptual
2.2.1. Cada gota es importante
Tres cuartas partes de la tierra están cubiertas de agua, pero sólo una reducida
porción de la misma está disponible como agua dulce. De esta cantidad, cerca
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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del 70% se utiliza para producir alimentos, la agricultura es una de las
actividades que más consume agua: utiliza cerca del 70% del total de agua dulce
procedente de los lagos, cursos de agua y acuíferos, y hasta el 95% en países
de desarrollo. La importancia de proteger los ríos y cauces de irrigación, mejorar
las técnicas de regadío y los métodos de manejo de ganado son aspectos
fundamentales (FAO, 2007).
2.2.2. Sistema de riego
Se define como un conjunto de elementos físicos e infraestructura, áreas de
riego y organización de regantes diferenciados de otros, ubicados en un espacio
territorial determinado y dispuestos con el propósito del aprovechamiento de una
fuente de agua con fines productivos, agropecuarios y forestales, basados en
acuerdos y normas convenidas reconocidas por ley y según usos y costumbres
(Ley de Riego No. 2878 – ley de promoción y apoyó al sector Riego, 2004).
Todo proyecto o sistema de abastecimiento de agua para riego, contempla tres
componentes importantes: (1) infraestructura hidráulica, (2) gestión de agua y (3)
producción agropecuaria. En la práctica, todos estos componentes son
importantes. Hasta la fecha se han implementado diferentes proyectos de riego,
utilizando para este objeto fuentes de agua que provienen de vertientes u ojos de
agua, recolección de agua de lluvia (kotañas) y embalses de ríos o lagos, es
decir aguas superficiales, sin embargo no es frecuente la explotación de aguas
sub-superficiales (Vega, 2002, citado por Centro Agua UMSS, 2004).
2.2.3. El diseño de sistemas de riego como un proceso social y
técnico
El diseño de sistemas de riego es un proceso social y técnico, basado en una
discusión y negociación permanente sobre los cambios en el sistema de riego,
en las cuales los actores involucrados influyen en la toma de decisiones.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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El diseño de un sistema de riego implica el diseño de la futura gestión de agua y
el diseño de la infraestructura hidráulica, orientados a crear condiciones
favorables para la producción agrícola, tomando en cuenta sus
interdependencias a través del análisis de requerimientos y delimitación de
alternativas (figura 1). Los planteamientos de diseño se deben analizar en forma
continua, debido a la inter-relación existente entre los diferentes elementos o
dimensiones del sistema de riego, considerando el contexto definido por el
entorno (Vega 2002, citado por Centro Agua UMSS, 2004).
FALTA REALIZAR EL CUADR
Figura 1. Esquema Diseño sistemas de riego (Huaycho, 2012, adaptado de Vega,
del Callejo, Durán y Gutiérrez, 2002, citado por Centro Agua, 2004).
2.2.4. Fuentes de agua
Entre las fuentes de agua que pueden aprovecharse con fines de riego, según
Montaño (2011), citado por Centro Agua UMSS (2011), se tienen las siguientes:
Agua superficial (ríos permanentes, ríos intermitentes, arroyos y
quebradas)
Agua subterránea (pozos perforados, pozos excavados y manantiales)
ENTORNO: Socio-económico
Físico-ecológico
PRODUCCIÓN
AGRÍCOLA
GESTIÓN DE AGUA
(Distribución de agua)
AGUAS METEÓRICAS
AGUAS SUPERFICIALES
AGUAS SUB -
SUPERFICIALES
AGUAS SUBTERRÁNEAS
INFRAESTRUCTURA
HIDRÁULICA
Genera requerimientos
Delimita alternativas
Genera requerimientos
Delimita alternativas
Genera requerimientos
Delimita alternativas
Genera requerimientos
Delimita alternativas
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Embalses de agua (lagos y lagunas naturales, embalses artificiales y
estanques de agua (atajados)
Al tratar el ciclo hidrológico del agua, de acuerdo a la forma en que se encuentra
en la naturaleza, las distintas fuentes de provisión de agua, según (MASIL
Consultora, s/f), son las siguientes:
Aguas Meteóricas
Aguas Superficiales
Aguas Sub- Alveas (Sub-superficiales)
Aguas Subterráneas
2.2.4.1. Aguas Sub-álveas o Sub-superficiales
MASIL Consultora (s/f) indica que, las aguas que corren por el subálveo del río,
se captan en general mediante pozos filtrantes o galerías filtrantes. Son en
general aguas de buena calidad ya que han sufrido un proceso natural de
filtración. El costo de las obras para la utilización de esta agua es algo elevado.
2.2.5. Hidrología
Según Villón (2011), la hidrología es la ciencia natural que estudia al agua, su
ocurrencia, circulación y distribución en la superficie terrestre, sus propiedades
químicas y físicas y su relación con el medio ambiente, incluyendo a los seres
vivos.
El mismo autor menciona que la hidrología proporciona al ingeniero o hidrólogo,
los métodos para resolver los problemas prácticos que se presentan en el
diseño, la planeación y la operación de estructuras hidráulicas.
También se define a la Hidrología como la ciencia que se ocupa del estudio del
ciclo hidrológico.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Por su parte Chereque (1989), sostiene que la Hidrología está ligada al estudio
de fenómenos naturales, de manera que los métodos que emplea no pueden ser
rígidos, quedando algunas decisiones al criterio del ingeniero. Pero es necesario
hacer notar que esta falta de precisión previsible no ocurre únicamente en la
Hidrología, sino que es común a toda la ingeniería, como común es la toma de
precauciones. El empleo de la carga de fatiga y de la carga de trabajo en los
materiales es el ejemplo típico en ingeniería.
Montaño (2011), citado por Centro Agua (2011), señala que la Hidrología es la
ciencia que estudia a la cuenca hidrográfica y los cambios que experimenta en
su balance hídrico a lo largo del tiempo (ciclo hidrológico).
El mismo autor define a la cuenca hidrográfica, como el área tributaria de un
curso de agua hasta un punto determinado, separada de las cuencas
adyacentes por la divisoria de aguas (divortio aquarum), es decir la línea que une
los puntos de mayor altura que se encuentran entre cuencas vecinas. Toda el
agua superficial producida en el área circundada por la divisoria descarga a
través del punto más bajo por el cual pasa la corriente principal de la cuenca. Se
asume que el agua del subsuelo sigue la misma trayectoria, pero esta
consideración no siempre es correcta.
2.2.6. Ciclo hidrológico
Según Vásquez (2000), el ciclo hidrológico es la sucesión de cambios que sufre
el agua en la hidrósfera, y que obedece a leyes físicas.
Para el mismo autor, el ciclo hidrológico no tiene principio ni fin y es un proceso
continuo. Es el aspecto más importante de la hidrología. De su conocimiento
depende la correcta aplicación de las técnicas hidrológicas en la solución de los
problemas de ingeniería hidráulica.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Chereque (1898), indica que el ciclo hidrológico, es el conjunto de cambios que
experimenta el agua en la naturaleza, tanto en su estado (sólido, líquido y
gaseoso) como en su forma (agua superficial, agua subterránea, etc.).
El Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (2002),
señala que el ciclo hidrológico consiste en la continua circulación de la humedad
y del agua en el planeta. El ciclo no tiene principio ni fin, pero el concepto de
ciclo hidrológico se origina en el agua de los océanos, los que cubren las tres
cuartas partes del globo terrestre.
Para el mismo autor, las fuerzas que hacen posible el ciclo hidrológico son la
radiación solar, la aceleración gravitacional, la atracción molecular y la
capilaridad. En la figura 2 se presenta un esquema que representa el ciclo
hidrológico.
Figura 2. Ciclo Hidrológico-www.galerias.educ.ar/main.php (2012).
2.2.7. Precipitación
Según Vásquez (2000), la precipitación y la evaporación, las cuales actúan muy
relacionadas con el agua superficial, son los procesos meteorológicos más
importantes en hidrología. La precipitación es toda forma de agua cuyo origen
está en las nubes, y cae a la superficie terrestre en forma de lluvia, granizo,
garúa o nieve.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Asimismo el autor indica que en hidrología, el tipo de precipitación de mayor
importancia es la lluvia, por lo cual es la variable de entrada más significativa en
el sistema hidrológico.
También se define precipitación a toda forma de humedad, que, originándose en
las nubes, llega hasta la superficie terrestre. De acuerdo a esta definición, las
lluvias, las granizadas, las garúas y las nevadas son formas distintas del mismo
fenómeno en la precipitación (Chereque, 1989).
2.2.7.1. Formas de precipitación
Villón (2011) presenta las siguientes formas de precipitación:
Llovizna
Pequeñas gotas de agua, cuyo diámetro varía entre 0.1 y 0.5 mm, las cuales
tienen velocidades de caída muy bajas.
Lluvia
Gotas de agua con diámetro mayor a 0.5 milímetros.
Escarcha
Capa de hielo por lo general transparente y suave, pero que usualmente
contiene bolsas de aire.
Nieve
Compuesta de cristales de hielo blanco traslúcido, principalmente de forma
compleja.
Granizo
Precipitación en forma de bolas o formas irregulares de hielo, que se producen
por nubes convectivas, pueden ser esféricas, cónicas o de forma irregular, su
diámetro varía entre 5 y 125 milímetros.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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2.2.8. Escurrimiento
Según Villón (2011), el escurrimiento es otro componente del ciclo hidrológico, y
se define como el agua proveniente de la precipitación, que circula sobre o bajo
la superficie terrestre, y que llega a una corriente para finalmente ser drenada
hasta la salida de la cuenca (estación de aforo).
Además el mismo autor manifiesta que, si se analiza un corte esquemático de la
superficie terrestre, se tiene que la precipitación cuando llega a la superficie, se
comporta de la siguiente manera:
1. Una parte de la precipitación se infiltra.
2. Una parte de ésta, satisface la humedad del suelo, de las capas que se
encuentran sobre el nivel freático del agua.
3. Una vez que estas capas se han saturado, el agua subterránea es
recargada, por la parte restante del agua que se infiltra.
4. Otra parte de la precipitación, tiende a escurrir sobre la superficie
terrestre; a la precipitación que ocasiona este escurrimiento, se llama
altura de precipitación en exceso.
5. Una pequeña proporción se pierde.
El mismo autor, con base en lo anterior indica que, el escurrimiento se clasifica
en tres tipos:
Escurrimiento superficial
Escurrimiento sub-superficial
Escurrimiento subterráneo
2.2.8.1. Escurrimiento superficial
Es aquel que proviene de la precipitación no infiltrada y que escurre sobre la
superficie del suelo. El efecto sobre el escurrimiento total es inmediato, y existirá
durante la tormenta e inmediatamente después de que esta termine. La parte de
la precipitación total que da lugar a este escurrimiento, se denomina
precipitación en exceso.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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2.2.8.2. Escurrimiento sub-superficial
Es aquel que proviene de una parte de la precipitación infiltrada. El efecto sobre
el escurrimiento total, puede ser inmediato o retardado. Si es inmediato se le da
el mismo tratamiento que al escurrimiento superficial, en caso contrario, como
escurrimiento subterráneo.
2.2.8.3. Escurrimiento subterráneo
Es aquel que proviene del agua subterránea, la cual es recargada por la parte de
la precipitación que se infiltra, una vez que el suelo se ha saturado.
Con base en la forma en que contribuyen al escurrimiento total, el escurrimiento,
se clasifica en escurrimiento directo, cuando su efecto es inmediato, y
escurrimiento base si su efecto es retardado.
El hecho de presentarse una precipitación, no implica necesariamente que haya
escurrimiento superficial, y en algunos casos tampoco escurrimiento
subterráneo, esto depende de una serie de factores.
2.2.9. Infiltración
Chereque (1989) menciona que cuando llueve, parte de la lluvia del comienzo,
es retenida en la cobertura vegetal como intercepción y en las depresiones del
terreno como almacenamiento superficial. Conforme continua la lluvia, el suelo
se cubre de una delgada capa de agua conocida como detención superficial y el
flujo comienza pendiente abajo hacia los cursos, lo que constituye la escorrentía
superficial. Inmediatamente debajo de la superficie tiene lugar la escorrentía sub-
superficial y las dos escorrentías, la superficial y la sub-superficial, constituyen la
escorrentía directa. La infiltración es el paso del agua a través de la superficie
del suelo hacia el interior de la tierra; la percolación es el movimiento del agua
dentro del suelo y ambos fenómenos, la infiltración y la percolación, están
íntimamente ligados puesto que la primera no puede continuar sino cuando
tiene lugar la segunda. El agua que se infiltra en exceso de la escorrentía sub-
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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superficial puede llegar a formar parte del agua subterránea, la que
eventualmente puede llegar a los cursos de agua.
El mismo autor menciona que el agua de un río, en general, puede así estar
formada de dos partes. Una parte de escorrentía (superficial y sub-superficial)
que recibe el nombre de escorrentía directa y otra parte de agua subterránea
que recibe el nombre de flujo base.
2.2.10. Relaciones precipitación-escorrentía
El agua de un río, en general está formada de dos partes: una de escorrentía
directa y otra parte de agua subterránea. Si bien ambas provienen de las lluvias,
solo la primera obedece a las precipitaciones recientes.
El poder inferir el caudal proveniente de una precipitación tiene múltiples
aplicaciones. Por ejemplo permite obtener los caudales de un río sin estaciones
hidrométricas; o extender los registros cortos de caudales a fin de someterlos a
análisis estadísticos (Chereque, 1989).
2.2.11. Cartografía
Montaño (2011) citado por Centro Agua UMSS (2011), menciona que la
cartografía son Imágenes satelitales, fotos aéreas, cartas geográficas IGM
escala1:50.000 y 1:250.000, que se utilizan para la determinación de la cuenca
de aporte. Se utilizan para conocer la ubicación geográfica del área analizada, su
extensión y algunas de sus principales características físicas. Las cartas
1:250.000 permiten conocer principalmente la ubicación y vías de comunicación.
En proyectos de microriego es recomendable utilizar cartas 1:50.000.
Las características físicas de la cuenca, según Montaño (2011) citado por el
Centro Agua UMSS (2011) son:
Tamaño de la cuenca
Forma de la cuenca
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Coeficiente de compacidad
Elevación media: curva hipsométrica
Pendiente media de la cuenca
Densidad de drenaje D, longitud hidráulica, orden de la corriente
Cobertura vegetal
Suelo y uso del suelo
2.2.12. Fuentes de agua subterránea
Según el Ministerio de Servicios y Obras Públicas (2005) se consideran entre las
fuentes de agua subterránea las siguientes:
Vertientes o manantiales
Son afloramientos naturales de agua provenientes de acuíferos subterráneos. El
afloramiento se produce cuando el acuífero intercepta una depresión del terreno,
fracturas, grietas o cambios litológicos emergiendo como una o más venas.
Según las características de cada tipo de acuífero, el caudal de la vertiente
puede variar entre el período de lluvias y el de estiaje.
Agua sub-superficial
Es el agua que se encuentra a poca profundidad del terreno, tiene recarga por
infiltración de cuerpos de agua superficial y/o de lluvia.
Agua subterránea profunda
Es el agua proveniente de los acuíferos libres, confinados y semiconfinados, que
se encuentran a profundidades mayores a los 30 metros.
2.2.13. Agua subterránea
Las aguas del subsuelo, como las aguas superficiales, provienen de las lluvias.
No son independientes unas de otras, sino que, por el contrarío, están muy
ligadas entre sí. Muchas corrientes superficiales reciben agua del subsuelo y, a
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su vez, el agua del subsuelo se realimenta de las aguas superficiales (Chereque,
1989).
Las aguas subterráneas provienen de la infiltración directa en el terreno de las
lluvias o nieves, o indirectas de ríos o lagos. La infiltración es el proceso por el
cual el agua penetra en las capas superiores del suelo, mientras que la
percolación es el movimiento del agua en las capas del subsuelo. Si el nivel del
agua superficial está por encima del nivel freático, (influente) se produce un
aporte a las aguas subterráneas, por el contrarío, si el nivel de las aguas
superficiales, está por debajo del nivel freático (efluente), se produce un aporte a
las aguas superficiales, es por esto que se tienen las corrientes perennes, a
pesar de que no se produzca precipitación (Villón, 2011).
Desde tiempos antiguos se han utilizado pozos excavados, pozos perforados y
galerías filtrantes en el aprovechamiento del agua subterránea. La excavación de
pozos es una labor lenta y pesada, son de bajo caudal de explotación a causa de
su limitada penetración en el acuífero y normalmente, está compuesto por un
hoyo de aproximadamente un metro de diámetro (Centro Panamericano de
Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente, 2002).
La habilitación de pozos perforados se caracteriza por su construcción desde la
superficie, y el uso de herramientas pesadas permite alcanzar grandes
profundidades y, por lo tanto, la penetración completa de los acuíferos. La
instalación de bombas sumergibles facilita la extracción de caudales importantes
para el abastecimiento de agua (Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y
Ciencias del Ambiente, 2002).
El empleo de agua subterránea con fines de abastecimiento tiene ventajas y
desventajas. En cuanto a la calidad, se puede generalizar que la filtración lenta
coadyuva a la remoción de los sólidos suspendidos y de los microorganismos,
confiriendo al agua subterránea una mayor pureza en comparación con el agua
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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superficial. Sin embargo, por haber estado en el subsuelo, puede tener mayor
contenido de sales minerales como consecuencia que los estratos geológicos
pueden poseer alto contenido de sales solubles (Centro Panamericano de
Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente, 2002).
Debido a que las formaciones no consolidadas son las que tienen la mayor
probabilidad de contener agua y de ser explotadas con fines de abastecimiento
de agua, resulta que muchas veces son de origen marítimo, por lo que estas
aguas suelen ser salobres y no aptas para el consumo humano (Centro
Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente, 2002).
En lo referente a la cantidad, esta depende de las características de los
acuíferos, es, decir si son libres o confinados, de su espesor y porosidad.
Acuíferos libres y profundos pueden tener una importante capacidad de
almacenamiento que permite la extracción de caudales sin recarga inmediata, lo
que resulta importante en zonas climáticas con marcada diferencia.
Normalmente, los acuíferos confinados tienen poca capacidad de
almacenamiento; sin embargo, algunas veces están conectados con áreas de
recarga que restituyen los caudales extraídos (Centro Panamericano de
Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente, 2002).
2.2.14. Acuíferos
Las formaciones que contienen y transmiten agua del subsuelo reciben el
nombre de acuíferos (Chereque, 1989).
La palabra acuífero proviene del latín y significa que lleva a agua. El acuífero
está representado por formaciones geológicas de estructura permeable que se
encuentran saturadas de agua, y con propiedades físicas que permiten el
almacenamiento y el desplazamiento del agua a través de ella, y que es capaz
de suministrar agua a pozos, galerías y manantiales, los que a su vez pueden
ser empleados con algún fin beneficioso (Villón, 2011).
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Un acuífero puede estar constituido por una a varias capas de grava, arena,
piedras calizas cavernosas o un gran estrato de roca no porosa pero fracturada.
Los mantos acuíferos pueden tener unos pocos metros de espesor o varios
cientos de metros; estar situados superficialmente o a gran profundidad, ser de
extensión pequeña o hasta de gran tamaño que abarca cientos de kilómetros
cuadrados, pero en todo caso los acuíferos son de extensión limitados (Villón,
2011).
2.2.14.1. Tipos de acuíferos
Acuíferos no confinados
Según Chereque (1989) el flujo es libre como en los canales; la línea de energía
es siempre descendente en el sentido del flujo; el nivel freático sigue más o
menos las mismas variaciones de la superficie. El espesor, desde la parte
inferior del nivel freático hasta el nivel freático, alcanza valores que varían desde
unos cuantos metros hasta cientos de metros.
El mismo autor sostiene, que los acuíferos no confinados son como verdaderos
lagos subterráneos en material poroso; como no hay restricción en la parte
superior el nivel freático es libre de subir y bajar. Muchas veces estos acuíferos
alimentan corrientes superficiales y lagos.
Acuíferos confinados
Chereque (1989) sostiene que son acuíferos comprendidos entre dos estratos
impermeables. El flujo es a presión, como en las tuberías. En vez de un nivel
freático se tiene ahora un nivel piezométrico. La línea de energía, como el caso
de los acuíferos no confinados, se confunde prácticamente con el nivel
piezométrico debido a que la altura de velocidad del agua es muy pequeña.
El mismo autor manifiesta que los acuíferos confinados presentan las ventajas
de conducir el agua a grandes distancias y entregar el agua por encima del nivel
del acuífero, y las desventajas de tener áreas de recarga relativamente
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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pequeñas, rendir menos agua y provocar asentamientos del terreno en los
lugares de extracción (pozos de bombeo).
2.2.14.2. Alimentación y descarga
Alimentación
Chereque (1989) en el caso de un acuífero no confinado, manifiesta que el agua
del subsuelo se alimenta de las lluvias, ya sean directamente o indirectamente a
través de las corrientes superficiales y lagos. El agua de lluvia sufre primero
intercepción debido a la vegetación, y almacenamiento en las depresiones del
terreno y en la zona vadosa. Del resto, una parte sufre escorrentía y otra llega
eventualmente a la zona de agua subterránea. Quiere decir que solo las lluvias
prolongadas de fuerte magnitud alimentan el agua del subsuelo.
Descarga
Chereque (1989) señala que el agua del subsuelo en exceso de la capacidad del
acuífero se descarga de dos maneras: por evapotranspiración, cuando el cordón
capilar llega a los sistemas radiculares de la vegetación y por salida superficial,
si el nivel freático intersecta la superficie del terreno.
2.2.14.3. Propiedades del acuífero
Para Chereque (1989) las dos propiedades importantes de los acuíferos son:
Porosidad
Definida como la relación del volumen de vacios al volumen total, mide la
capacidad de una formación para contener agua. La porosidad varía desde
valores muy altos en las arcilla (45%), hasta valores muy bajos en las
formaciones con grandes cavidades o cavernas. Una alta porosidad no indica
que el acuífero rendirá grandes volúmenes de agua a un pozo.
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Rendimiento específico
Es el volumen de agua, expresado como un porcentaje del volumen total del
acuífero, que drenará libremente o por gravedad del acuífero. Es siempre menor
que la porosidad porque una parte del agua es retenida por fuerzas capilares y
moleculares. Las arcillas, aunque tienen una alta porosidad, rinden poca agua a
los pozos debido a esas fuerzas. Los acuíferos económicamente más
importantes son los depósitos de arenas y gravas.
2.2.15. Obras de captación o toma
La Agencia de Cooperación Internacional del Japón-JICA. Proyecto Suma Uma
(2010) sostiene que las obras de captación u obras de toma de aguas
superficiales y sub-superficiales se diseñan para aprovechar el curso de agua que
se tiene en una cuenca ó en un manantial.
Para Materón (1997) citado por Maldonado (2011), la obra de captación o toma,
consiste en una estructura que permite la salida de los volúmenes de agua que
en determinado momento pueden superar el nivel de las aguas normales en la
toma. La salida de las aguas de exceso debe entregarse a un canal situado
aguas abajo de la presa. También se acostumbra llamar a este tipo de obra
como obra de excedencias o aliviadero.
Además el autor indica que, las obras de toma pueden ser de diferentes formas,
sin embargo su operación consiste en válvulas de cierre u operación de
compuertas. Las obras de toma constan de una estructura de entrada,
compuerta o válvulas, ducto y estructura de salida. La obra de toma se puede
definir como una estructura destinada a captar o extraer una determinada
cantidad de agua de una corriente.
2.2.15.1. Captación de aguas subterráneas
Una captación de agua subterránea es una obra hacia la cual fluye el agua de
los pequeños poros, cuando es extraída por medio de alguna obra artificial o
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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implemento mecánico, creando un cono de depresión que se extiende hacia los
lados de la zona de extracción. La depresión resulta ser menos acentuada
cuanto más distante se encuentre del punto de extracción (Centro Panamericano
de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente, 2002).
El hecho de que una excavación o perforación se llene de agua, no implica
necesariamente que sea una buena captación. Para ser calificada como tal,
después de vaciada debe estar en capacidad de volver a llenarse rápidamente, e
idealmente, que el agua no pueda ser agotada para un determinado caudal de
extracción, es decir, que su poder de recuperación sea superior a la capacidad
de extracción (Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del
Ambiente, 2002).
2.2.15.2. Captación de aguas sub-álveas o sub-superficiales
La Comisión Nacional del agua (2002) sostiene que el término “sub-superficial”
se refiere al agua que se infiltra a escasa profundidad, como por ejemplo, en el
subálveo de los ríos, que es aquella franja longitudinal entre ambas márgenes de
una corriente, en la cual, por ser la interfase río -acuífero, el nivel del agua
freática se encuentra a escasa profundidad. Por efecto de la infiltración del agua
de la corriente en el subsuelo, ésta es de buena calidad. Siendo posible,
mediante una obra de toma sencilla, extraerla con las ventajas que ofrecen su
filtración natural y economía de la captación. Conviene recordar que una
corriente puede alimentar un acuífero o, en caso contrario, dependiendo de las
pendientes hidráulicas del nivel freático, éste puede alimentar a la corriente
(corrientes perennes); en cualquiera de los casos, el nivel freático se encuentra a
escasa profundidad de la superficie del terreno.
El mismo autor manifiesta que para captar aguas sub-superficiales se pueden
construir pozos excavados de poca profundidad, llamados “norias” o mediante un
sistema sencillo de hincado de pozos de pequeño diámetro y profundidad si es
muy somero el nivel freático de las aguas. Para la captación más eficiente del
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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agua sub-superficial, se utilizan pozos someros tipo Ranney, que constan de un
depósito central en donde se capta el agua que recolectan tuberías radiales
perforadas e inmersas en la zona saturada del acuífero.
Por otra parte señala que los puyones o pozos hincados son una alternativa
económica para aquellos casos en que se tenga una fuente sub-superficial
confiable. Se utilizan además galerías filtrantes, opción adecuada cuando se
desea interceptar perpendicularmente el flujo sub-superficial. En este caso, para
pequeñas galerías se instalan tuberías ranuradas en el fondo de la excavación
rellena de grava graduada.
Finalmente el autor sostiene, que las aguas sub-álveas son llamadas aguas
freáticas que se caracterizan por estar a presión atmosférica, a poca profundidad
o relativamente baja y no estar confinadas, pues circulan a través de mantos
porosos como arena, grava, tobas poco coherentes, aluviones, etc. Estas aguas
se captan mediante pozos a cielo abierto, galerías filtrantes o mediante sistemas
de puyones (well point), o pozos Ranney, un ejemplo claro de aprovechamiento
de estas aguas son los pozos emplazados en el subálveo de cauces
superficiales, sobre todo en aquellos casos en los que el acuífero es alimentado
por la corriente.
Para Jica-Proyecto Suma Uma (2010) las aguas sub-álveas, también son
denominadas como aguas sub-superficiales. El tipo de obras de toma para
realizar captación de aguas sub-álveas o sub-superficiales, son obras que
captan el agua que se infiltra a escasa profundidad. Por efecto de infiltración del
agua de la corriente en el subsuelo, esta es de buena calidad, siendo posible
extraerla con las ventajas que ofrecen la filtración natural y economía de
captación.
El mismo autor señala que para captar aguas sub-superficiales se pueden
construir pozos excavados de poca profundidad, galerías filtrantes, que es una
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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opción adecuada cuando se desea interceptar perpendicularmente el flujo sub-
superficial. Entre este tipo de obras de toma tenemos las galerías filtrantes y los
tajamares.
2.2.16. Galerías filtrantes
2.2.16.1. Historia
La Dirección Nacional de Servicios Académicos Virtuales (2010), señala que las
galerías filtrantes tienen su origen en los denominados Kanats que se
desarrollaron hace 2700 años en América, Persia, Pakistán, Egipto, etc. Los
Kanats están constituidos por una galería conectada a pozos de ventilación cada
50-100 m. hasta un punto donde aflora el agua que era conducida por la propia
galería hacia el exterior. Algunos Kanats tienen casi 50 Km. de longitud y
alcanzan una profundidad de hasta 120 m.
Por su parte el Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del
Ambiente (2002) expresa que para el hombre, la necesidad de utilizar el agua es
tan antigua como su propia existencia y por consiguiente, desde sus inicios tuvo
la preocupación por conocer sus características, sus orígenes, su dinámica y sus
aplicaciones.
El mismo autor expresa que en la antigüedad, tanto los chinos como los sirios,
egipcios y romanos fueron muy hábiles en el manejo de las aguas para
destinarlas al riego de campos agrícolas y al abastecimiento de agua a las
ciudades. Durante la máxima expansión del imperio romano, en donde abarcó
territorios de cerca de 25 países actuales, se hicieron construcciones que hoy en
día deslumbran por su belleza arquitectónica, pero fueron igualmente
importantes, sus sistemas de acueductos que suministraban agua potable a sus
diferentes poblaciones, así como sus termas y baños públicos.
También el mismo autor indica que en América, al igual que en las antiguas
culturas europeas y asiáticas, las poblaciones también se desarrollaron a orillas
de ríos y lagos. Sin embargo, gran parte de las labores agrícolas se realizaron
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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durante los períodos de lluvia, lo llevó al desarrollo de diferentes tipos de obras
hidráulicas con la finalidad de ampliar sus fronteras agrícolas. Así por ejemplo,
los incas desarrollaron el cultivo en terrazas en las laderas de montañas, que
eran irrigadas por complejos sistemas de canales y embalses artificiales de
agua. De otra parte, hace más de 1.500 años, la cultura Nazca construyó
galerías de filtración para irrigar sus campos agrícolas, las que hasta el día de
hoy son empleadas con los mismos propósitos.
2.2.16.2. Estructura filtrante (galería filtrante)
Una galería es una excavación en forma de túnel generalmente de suave
pendiente y sección apreciable (1,5 a 2 m de alto por 0,6 a 1,2 m de ancho), con
un nivel de agua libre que discurre por su fondo. La función de una galería es
doble y que, además de actuar como elemento de captación de agua, sirve
también como medio de transporte de ésta (Wikipedia, 2008).
Por su parte el Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del
Ambiente (2002) considera a las galerías filtrantes, como obras de captación de
aguas subálveas o sub-superficiales ubicadas en los lechos de los ríos o en sus
márgenes, constituidas por medio de drenes o bóvedas.
Según MASIL Consultora (s/f) las galerías filtrantes son pozos horizontales
dotados de una cierta pendiente que recogen agua en toda su longitud. Son una
forma simple de obtener agua filtrada. Para que el proceso de filtrado sea
completo las galerías deben constituirse por lo menos a 15 m de la orilla del río o
lago. Para su construcción se abre una zanja en las capas de arenas acuíferas y
luego se recoge el agua mediante una tubería perforada con pendiente hacia un
pozo central donde se bombea. La longitud de la zanja es función de la cantidad
de agua necesaria y de las dimensiones del acuífero. Alrededor de la tubería
colocada se ubican cantos rodados de 12 a 25 mm. El resto de la capa filtrante
se formará con arena y grava granulada. El espesor del filtro debe ser de 30 cm
a 40 cm desde la tubería hacia fuera.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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El mismo autor manifiesta que las galerías filtrantes son sistemas de drenaje,
que captan el agua de la napa freática superficial de los acuíferos situados en los
lechos sedimentarios de los cauces de los ríos.
Según el Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente
(2002) la calidad de agua subálvea está fuertemente vinculada a la calidad de
agua superficial; sin embargo, el proceso de filtración a través del material
poroso conduce a la remoción de sólidos suspendidos y de microorganismos,
por lo que su concentración es mucho menor a la del agua superficial que
alimenta al acuífero. Según la topografía, el agua puede ser extraída por
gravedad o mediante bombas.
El Proyecto Suma Uma-Jica (2010) indica que la galería filtrante se emplea para
captar el agua sub-superficial. Su representación es un conducto perforado,
enterrado sobre el lecho permeable de un río, con objeto de captar agua sub-
superficial mediante tuberías colocadas en el muro aguas arriba de la galería.
“Se construye cuando no es posible fundar la presa derivadora en material
impermeable, o cuando una toma superficial no es confiable”.
El Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (2002),
indica que las galerías de filtración son obras sencillas que captan agua filtrada
en forma natural, funcionando como pozos horizontales. Estas estructuras
recolectan el agua subálvea o superficial a todo lo largo de su recorrido y
resultan ventajosas cuando es posible su construcción, constituyéndose la mayor
parte de las veces, en una importante alternativa de suministro de agua, tanto en
cantidad como en calidad. Muchos pueblos y ciudades en países poco
desarrollados están situados a lo largo de ríos o lagos, cuyas orillas están
constituidas por capas de arenas y gravas por donde circula el agua subálvea
alimentada por aguas superficiales. Estas capas suelen ser fáciles de excavar,
por lo que constituyen excelentes emplazamientos para drenes o galerías. Para
esto, se excava la zanja en cuyo fondo se coloca el dren o se horada un socavón
al cual se le reviste interiormente, el agua se recolecta en una cámara o pozo
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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central desde donde es conducida para su posterior uso. La longitud del dren o
galería depende de la cantidad de agua deseada y de las dimensiones del
acuífero.
Además el autor manifiesta de manera general que, las galerías son obras
destinadas a la captación y conducción del agua subterránea hasta un punto
determinado, bien sea para su distribución o para consumo. Para efectos del
presente documento, se consideran como galerías a los sistemas de captación
de aguas subálveas o superficiales ubicadas en los lechos de los ríos o sus
márgenes por medio de drenes o bóvedas.
En cuanto a la construcción, las galerías requieren de una cuidadosa
planificación de los trabajos para asegurar el buen funcionamiento del mismo y a
la vez evitar accidentes. La organización de los trabajos y la concepción de su
ejecución dependerán en todo caso del tipo de material a excavar, consolidación
o dureza del suelo, profundidad a que se encuentran las aguas subterráneas,
entre otras.
Según el Ministerio de Servicios y Obras Públicas (2005) la galería filtrante es la
estructura que permite captar agua sub-superficial a través de obras paralelas o
transversales a los cuerpos de agua. El propósito de estas obras, es interceptar
el flujo natural del agua sub-superficial, para que ingrese, por gravedad, al
interior de la estructura o tubería y sea conducida hacia una cámara recolectora
en uno de los márgenes del río, y las estructuras filtrantes pueden ser:
Galería o bóveda
Consiste en una estructura robusta enterrada en el lecho del cuerpo de agua
para captar un volumen importante de agua y cuando las condiciones de
pendiente del terreno lo permiten. Se emplea en quebradas o arroyos de bajo
caudal superficial.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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El diseño (largo, ancho y alto) como la disposición de la galería (transversal o
paralela al curso de agua) dependerá de las condiciones del cuerpo de agua y
del material de arrastre. La estructura debe ser calculada para soportar el
empuje del agua y áridos, como también, la carga estática de los áridos y agua
por encima de ella (figura 3).
Figura 3. Galería de filtración de forma abovedada (Ministerio de Servicios y Obras
Públicas, 2005).
Tubería de infiltración o de avenamiento Son tuberías perforadas o ranuradas instaladas de forma transversal o paralela a
los cursos de agua. Para el dimensionamiento de la misma, deberá considerarse
la cantidad de agua que se quiere captar y la capacidad o rendimiento del agua
subálvea. Requiere de una cámara recolectora del agua que al mismo tiempo
funcione como desarenador. La longitud de la tubería de infiltración se calcula en
función del caudal.
2.2.16.3. Clasificación de las galerías filtrantes
2.2.16.3.1. Según características constructivas
El Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (2002),
indica que las galerías pueden ser clasificadas como:
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Galerías propiamente dichas
Son excavaciones horizontales que se inician con un emboquillado o boca de
entrada, desde donde se procede a excavar la galería propiamente dicha. La
parte inferior de la galería se encuentra ubicada por debajo del nivel de agua en
la zona de saturación, y la parte superior en la zona húmeda. La sección
transversal tiene dimensiones suficientes como para permitir el desplazamiento
de los equipos y de las personas encargadas de su construcción.
Usualmente las secciones son de 1,80 x 0,80 m, con pendientes del piso
comprendidas entre uno y diez por mil. Para facilitar los trabajos, deben
excavarse pozos de ventilación cada 40 o 100 m a fin de ventilar la galería y
para retirar los materiales provenientes de la excavación.
Zanjas o trincheras
Están compuestas por excavaciones a cielo abierto, utilizadas fundamentalmente
cuando el agua subterránea está muy próxima a la superficie del suelo y no se
requieren provocar grandes descensos del nivel freático. Normalmente, las
profundidades no exceden los seis metros. Este tipo de obra está sujeta a
contaminación superficial.
Drenes
Están compuestos por perforaciones horizontales o excavaciones de zanja en
cuyo interior o fondo se instalan tuberías perforadas o ranuradas conocidas
como drenes. Estos drenes se instalan en la zona húmeda del acuífero y se
encuentran cubiertos con material seleccionado para garantizar un adecuado
rendimiento. En el caso del tipo zanja, el relleno se efectúa con el material
proveniente de la excavación y se concluye con el sellado de la superficie para
minimizar la contaminación del agua por infiltración de las aguas superficiales.
Normalmente, los diámetros de los drenes son mayores a 200 mm, con
pendientes que fluctúan entre uno y cinco por mil. Dependiendo de la longitud de
los drenes y del número de ellos, se instalan buzones de reunión.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Captaciones mixtas
Las galerías propiamente dichas y los drenes pueden combinarse con las
captaciones verticales, dando como resultado captaciones del tipo mixto
representadas por los pozos radiales, que se ejecutan cuando el nivel de las
aguas subterráneas se encuentra a mucha profundidad y hace económicamente
inviable la construcción de cualquier otro tipo de galería. La obra consiste en la
construcción de un pozo vertical que se prolonga hasta llegar al nivel freático,
desde donde se inicia la construcción de uno o más emboquillados o bocas de
entrada, mayormente en sentido perpendicular a la dirección del flujo de las
aguas subterráneas. En el caso de las galerías propiamente dichas, las
secciones y pendientes son similares a las señaladas anteriormente y si la
longitud de cada ramal es mayor a 50 m, es conveniente la construcción de
pozos para ventilación y para la extracción del material de excavación cada 50
metros.
2.2.16.3.2. Según características del acuífero
El Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (2002)
indica a su vez que, las galerías de filtración se clasifican de acuerdo a las
principales características del acuífero: a) patrón de flujo; y b) régimen de
escurrimiento.
Los patrones de flujo pueden ser de dos tipos: a) líneas de flujo horizontales con
equipotenciales verticales, y b) líneas de flujo radiales con equipotenciales
cilíndricos o semicilíndricos.
El primer tipo de líneas de flujo es característico de las galerías que
comprometen todo el espesor del acuífero y está representado por las galerías
tipo trinchera, zanja o socavón en donde las líneas de flujo del escurrimiento se
asemejan a líneas rectas inclinadas con respecto a la horizontal, y las
equipotenciales quedan constituidas por superficies planas que casi coinciden
con la vertical, excepto en las inmediaciones de la captación misma.
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El segundo tipo de líneas de flujo se presenta en acuíferos profundos con
galerías superficiales del tipo dren y se caracteriza por que las líneas de flujo del
escurrimiento representan curvas radiales dirigidas hacia la captación, y las
equipotenciales quedan constituidas por superficies cilíndricas, con el centro en
el punto de captación.
2.2.16.4. Condiciones requeridas para elegir la obra de toma
tipo galería filtrante
El Proyecto Suma Uma-Jica (2010) indica que se implementa este tipo de obra
en los siguientes casos:
Cuando una toma superficial no es confiable.
Cuando la construcción de una galería podría ser la forma más barata de
captar el flujo temporal sub superficial o superficial, en caso de ríos
anchos y de flujo discontinuo.
Cuando no es posible fundar la presa derivadora en material
impermeable, lo que puede causar pérdidas de agua.
2.2.16.5. Estudios necesarios para elegir la obra de toma tipo
galería filtrante
Según el Proyecto Suma Uma-Jica (2010) se deberá realizar los siguientes
estudios:
Topografía
Antes de realizar esta actividad la ubicación de la galería filtrantes debe estar
bien definida. Antes de llevar al topógrafo se debe analizar con cuidado la
ubicación, hablar con los interesados y definir toda el área a ser servida.
Primero, se deben poner BMs (puntos de referencia, que tiene
coordenadas y altura), bien marcados en el sitio y en los planos con cotas
bien definidas. Las escalas apropiadas de planos varían entre 1:200,1:100
o 1:50, con curvas de nivel cada metro.
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El plano debe ser preparado con detalle, incluyendo las características del
lecho del río, como límites del caudal y del área de inundación en
crecidas.
Es importante tomar secciones transversales del río para analizar crecidas
máximas, señalando las marcas dejadas por las mismas.
Disponibilidad de agua
Las investigaciones detalladas son caras y en una primera instancia se debe
aplicar un método económico para determinar si un sitio en particular es
adecuado para la construcción de una galería filtrante.
Donde se va a captar flujo sub superficial, se necesita determinar como primeros
datos la profundidad y pendiente del nivel freático. Si este nivel está a más de
1.80 m., se debe analizar bien la construcción por los costos:
Se debe excavar un pozo en el eje de la galería y otros 2, uno aguas
arriba y otro, aguas abajo, a unos 50 m del eje. Así se determina la
pendiente del nivel freático.
El flujo aproximado se puede entonces determinar utilizando la ecuación
de Darcy.
Si esta estimación preliminar muestra resultados satisfactorios, entonces se
debe hacer investigaciones más detalladas.
Para investigar las condiciones sub superficiales, se determinan 4 parámetros:
La profundidad y el perfil de la roca madre a fin de determinar la
profundidad de flujo y la máxima profundidad a la cual se puede fundar la
galería.
La profundidad del nivel freático.
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Para confirmar y cuantificar la cantidad del flujo sub superficial, aplicando
la ecuación de Darcy:
Q = k·A·h/L
Donde: Q = caudal (m3/s)
K = conductividad hidraúlica (m/s)
A = area (m2)
H = altura del agua (m)
L = profundidad del suelo (m)
Para determinar los parámetros físicos de los materiales del lecho para el
diseño del filtro de la galería y la profundidad se socavación.
Estos parámetros se determinan excavando un número de pozos y realizando
pruebas. La permeabilidad se determina por pruebas de bombeo.
Pruebas de bombeo
Se requiere una prueba de bombeo para determinar las características
hidráulicas del acuífero. El principio es simple. De un pozo con filtro, el agua se
bombea un cierto tiempo y a un cierto caudal. El efecto de este bombeo se mide
en el pozo bombeado.
Las características del acuífero se conocen entonces aplicando a estos
resultados las fórmulas apropiadas.
2.2.16.6. Criterios de diseño
Según el Proyecto Suma Uma-Jica (2010), la obtención de información de
campo, permite tener herramientas para un buen diseño.
Por prueba de bombeo
El pozo de bombeo se debe situar en el eje central de la galería, cerca al centro
del río para evitar el problema de los efectos de borde. Es también importante
que el pozo de bombeo se situé a considerable distancia de cualquier flujo
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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superficial, ya que su infiltración tendría un fuerte efecto en los resultados de la
prueba. Si fuera necesario, se debería desviar el flujo fuera del área de bombeo.
Cuando el pozo es muy profundo (el acuífero) es más apropiado perforar hasta
1.25 veces la profundidad anticipada de la galería, ya que los resultados serán
más representativos de las condiciones del acuífero en la zona de influencia de
la galería. La mayor longitud posible del pozo debería ser instalada con un filtro,
con su límite superior correspondiente a la profundidad anticipada de abatimiento
del acuífero, más una protección adicional por la caída del nivel freático. Se
recomienda que el filtro del pozo sea del suficiente tamaño como mantener la
velocidad de entrada del agua en menos de 3.05 cm/s. A esta velocidad las
pérdidas por fricción en el filtro son despreciables. El tamaño de las aberturas del
filtro es importante, debe ser seleccionado de acuerdo al tamaño del grano del
material del acuífero.
El pozo con filtro debe ser rodeado por un empaque de grava de 3” a 8” de
espesor. La grava debe ser redondeada, limpia, con partículas bien graduadas
para asegurar que la formación alrededor del empaque sea completamente
retenida. La bomba debe ser capaz de operar varios días sin parar. Debe tener
la suficiente capacidad para crear un razonable abatimiento en el pozo. Debe ser
capaz de operar a descarga constante. La velocidad de la bomba debe ser
ajustable para poder lograr descarga constante, o bien usar válvulas.
Donde se estime que el nivel puede caer menos de 4-5 m se pueden usar
bombas centrífugas. Para bombeo más profundo se debería usar bombas
sumergibles tipo turbina. Se deben tener bombas de más o menos 10-20 litros
segundo de capacidad, de velocidad ajustable. La descarga de la bomba se
debe conducir fuera del área de influencia del pozo de bombeo o de los
piezométricos. Esto significa por lo menos 30 m más allá del piezómetro más
alejado.
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Ecuación de Dupuit para acuífero confinado:
(S1 - S2)
ln (r2 ∕ r1)
Ecuación de Dupuit para acuífero libre:
(h12 - h2
2) ln (r2 ∕ r1)
Donde:
Q = descarga en unidades homogéneas
K = permeabilidad
D = profundidad desde el nivel freático hasta la roca madre
S1= Descenso del nivel freático en el piezométrico 1 a distancia r1, en
condiciones de equilibrio.
S2 = descenso del nivel freático en el piezométrico 2 a distancia r2, en
condiciones de equilibrio.
Hantush ha demostrado que la anterior ecuación puede también ser usada
cuando el pozo solo penetra parcialmente al acuífero, con la variante de que “S”
debe ser reemplaza por:
S1 = S – S2∕ 2d
Donde:
d = profundidad de penetración del pozo
2.2.16.7. Diseño hidráulico
Jica-Proyecto Suma Uma (2010) explica cómo capturar parte del flujo superficial
y sub superficial según la longitud, orientación, profundidad y área de ranuras.
Aquí se trata solo para condiciones de flujo en equilibrio donde la entrada de
agua sale en forma permanente ya sea por gravedad o por bombeo. Las
condiciones de flujo no estable, causadas por la extracción intermitente del agua
de la galería, no serán analizadas.
Q = 2π·K·D
Q = π·K·
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2.2.16.8. Flujo superficial
Jica-Proyecto Suma Uma (2010) afirma que las galerías que aceptan flujo
superficial se colocan generalmente longitudinalmente o diagonalmente al lecho
del río. Se encuentran rodeadas por filtro graduado altamente permanente que
se extiende desde la superficie del río. La infiltración del flujo superficial al filtro y
a la galería se ve limitada por 3 condiciones:
La velocidad de infiltración del río en el filtro
La permeabilidad del filtro
El flujo en las ranuras de la galería
Para diseñar una galería y filtro se debe chequear cada una de estas
condiciones. Primero, la velocidad de infiltración determinada en el lecho natural
del río debe ser usada como una aproximación cercana para determinar la tasa
de infiltración. Esto porque después de unas pocas crecidas sobre el filtro, la
velocidad de infiltración en la capa superior del filtro tomará la del curso natural
del río. Para obtener la tasa de infiltración, se debe multiplicar la velocidad de
infiltración por el área del filtro sobre la cual la corriente estará en contacto.
Como se muestra en la figura 4, el área de contacto depende del ancho de la
corriente, la orientación de la galería, el ancho del filtro en la superficie y la
velocidad de la corriente. Los posibles casos son los siguientes:
a. Para galería longitudinal, si la galería es más delgada que el filtro, el área
es L*b, y si es más ancha, es L*B. Fig.4a.
b. Para una galería transversal donde la corriente puede ser móvil o fija,
A=b*B. Fig.4b.
c. Para una galería diagonal donde la corriente puede ser móvil o fija, el área
es A = (B/sen α)*b. Fig.4c.
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Figura 4. Posiciones de una galería (Proyecto Suma Uma-Jica, 2010).
Para la segunda condición, es decir para determinar la permeabilidad del flujo a
través de la capa de filtro, se debe usar la siguiente ecuación:
2 πkH Qu = ─────── Ln(2d ∕ r)
Donde:
Qu = caudal que se puede obtener por unidad de longitud de galería.
d = profundidad del centro de la galería por debajo del lecho del río
r = radio de una galería circular, o la media de la mitad de la altura y ancho
de una galería rectangular.
k = permeabilidad de la capa de filtro
H = profundidad del flujo desde el nivel del agua hasta el centro de la galería.
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Para la tercera condición, se considera que el caudal total será:
Q = Qu*L
L = profundidad (m).
Construyendo las ranuras de la galería según las recomendaciones dadas, la
entrega del flujo no será limitante, entonces el flujo a la galería de una longitud
dada será Q.
2.2.16.9. Localización de ranuras y área ranurada
Jica-Proyecto Suma Uma (2010) menciona que la localización de las ranuras y el
área abierta de la galería dependerán de:
La cantidad de flujo
La orientación de la galería
La forma de entrada de flujo
El flujo que debe pasar aguas abajo de la galería
La integridad estructural de la galería
A fin de asegurar que las pérdidas por entrada a la galería sean pequeñas se
recomienda que la velocidad de entrada a las ranuras se limite a un máximo de
0,03 m/s. Se sugiere que esta velocidad se mantenga incluso con el 50% de las
áreas ranuradas bloqueadas. El ancho de las ranuras debe ser máximo de 1”
(2,54 cm) y debe establecerse de acuerdo con el diseño de la capa del filtro
adyacente, de modo que este material no pueda pasar por las ranuras. Donde se
diseña una galería para captar flujo superficial, las ranuras se deben abrir en
ambos lados de la galería y en la parte superior. Donde se diseña una galería
transversal para captar flujo sub superficial y se ha asumido una galería de baja
resistencia radial en el diseño, entonces todas las ranuras se deben hacer en la
parte de aguas arriba. Se deben sin embargo hacer también algunas ranuras en
la cara aguas abajo que en teoría operaran si se tapan las ranuras de aguas
arriba.
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Se debe dejar sin ranuras la parte más baja de ambas paredes, para formar el
canal de flujo por la galería al punto de descarga.
Se debe también tomar en cuenta la integralidad estructural de la galería al
diseñar las ranuras. A fin de lograr esto, no se debe abrir más del 60% del área
de las paredes.
Cuando el área abierta es insuficiente para satisfacer las condiciones hidráulicas
descritas antes, y que satisfaga la máxima velocidad de entrada, entonces se
debe alargar la galería.
2.2.16.9.1. Criterios hidráulicos para el diseño de las
barbacanas
El diseño de barbacanas esta guiado por dos principios:
Que brinden suficiente capacidad para transferir el agua del subálveo
hacia la galería
La capacidad del orificio puede ser expresada en términos de velocidad
permisible de aproximación de masa del fluido entrante desde el subálveo y
evacuado por las barbacanas.
Qa = c·Atb·v
Donde:
Qa = caudal de aguas del subálveo captado por las barbacanas.
Atb = área total de las barbacanas.
c = coeficiente que refleja las pérdidas de energía.
v = velocidad permisible de aproximación.
Se considera un parámetro para la velocidad de aproximación según los
siguientes autores investigadores (cuadro 1).
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Cuadro 1. Parámetro admisible para la velocidad de aproximación.
Autores v(m/s)
Halcrow (1990) Limitado a 0.0305
Montaño (1999) ≤0.03
Roscoe Moss (1992) ≤0.07
Estas velocidades tomando en cuenta que las barbacanas no deben ser
superiores a 1,5 “, deben ser compatibles con los requerimientos del diseño de
filtro.
Que el conjunto de barbacanas- muro de la galería, no se construya
en un obstáculo al flujo del agua
Esto quiere decir que, las pérdidas de energía de estrechamiento de líneas de
corriente al ingresar el agua a las barbacanas no sea excesiva. Una forma de
considerar ello es por medio del coeficiente “c”. Cuando este próximo a la
unidad, existirán menos perdidas.
La proporción entre el espacio que ocupan las barbacanas y el muro no debe ser
superior al 6%, verificada por los anteriores investigadores.
2.2.16.10. Diseño del filtro
Jica-Proyecto Suma Uma (2010) afirma que las galerías requieren ser cubiertas
por un filtro graduado, usualmente de varias capas. El filtro se diseña para dar
una alta permeabilidad, rodeando a la galería para garantizar la mínima
resistencia hidráulica para el flujo que entra, y evitar de esta manera que el
material del río entre a la galería a través de las ranuras. La capa más fina se
coloca hacia afuera y la más gruesa hacia adentro, es decir que la permeabilidad
se incrementa hacia adentro. La graduación de los filtros debe cumplir siempre
las siguientes reglas, establecidas por Terzaghi.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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41
d15 filtro/d85 suelo < 5 o menos
40 > d15 filtro/d15 suelo > 5 d50 filtro/d50 suelo <25
Donde:
d 15, 50, 85 = es él % de suelo o filtro sobre la curva granulométrica del agregado.
Estos criterios dan respectativamente:
estabilidad para prevenir el movimiento de las partículas del suelo.
permeabilidad.
uniformidad.
Cuando se imprimen las curvas granulométricas, como se muestra en la curvas
del filtro, deben ser aproximadamente paralelas a las curvas del suelo
subyacente. El filtro debe contener menos del 5% de material que pasa el tamiz
No 200(0,074 mm). Para las capas internas del filtro, la capa debe ser diseñada
con estos criterios, donde los parámetros del suelo se reemplazan por los
parámetros relativos al filtro de abajo. Para la capa mas interna, la gradación
debe ser suficientemente gruesa como para prevenir que el material pase por las
ranuras de la galería. Para asegurar esto, se debe seguir las siguientes reglas:
D85 filtro > 2 veces el ancho de la ranura
D0 filtro > tamaño de la ranura
El espesor mínimo de cada capa de filtro debe ser de 25 cm. Cuando una galería
capta flujo superficial, las capas del filtro deberían alcanzar la superficie del río.
Pero si el material fino se colocara más arriba, seria fácilmente lavado por la
primera crecida, entonces el estrato superior se diseña como un tapete de
protección, ya sea de gaviones o grandes piedras. El filtro resulta entonces más
fino, a fin de atrapar el material grueso que pueda moverse, y luego de nuevo el
material más grueso va alrededor de la galería. Cuando se usan piedras como
material de protección encima del filtro, deben tener su tamaño de acuerdo a la
siguiente fórmula de USBR (Us Bureau Reclamation):
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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42
v = 2.57 d0.5
Donde:
v = velocidad del flujo en ft/sec.
d = diámetro de las piedras (tamaño de los bloques) en pulgadas.
2.2.16.11. Utilización de las galerías filtrantes
El Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (2002)
expresa que las captaciones más antiguas fueron pozos excavados, galerías o
kanats realizados por lo general en materiales no consolidados por permitirlo los
medios constructivos disponibles por entonces, como eran picos y palas. En
muchas regiones del mundo, donde la mano de obra es barata, aún se siguen
excavando pozos y galerías de la misma forma que hace 3.000 ó 4.000 años.
El mismo autor expresó que las galerías filtrantes pueden constituirse en rocas
plutónicas, metamórficas, volcánicas y, en menor grado, en sedimentarias
consolidadas, siendo la mayor aplicación en rocas no consolidadas, y
particularmente en aquellas ubicadas en los lechos arenosos de ríos,
alimentados directamente por una corriente superficial de agua de buena
calidad.
También el mismo generalizó que la captación con galerías está
fundamentalmente indicada cuando se desea obtener caudales importantes de
agua en zonas próximas a ríos o lagos, y/o en acuíferos en los que no sea
posible o conveniente, producir un importante descenso del nivel piezométrico.
2.2.16.12. Ventajas de las galerías filtrantes construidas en
materiales no consolidados
El Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (2002)
afirma que el material no consolidado en donde comúnmente se construyen las
galerías tiene una composición litológica muy variable, conformada por capas de
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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arena, grava, guijarros y arcilla, siendo las principales ventajas de su
construcción las siguientes:
a) Fáciles de excavar o perforar
b) Posición favorable para recibir la recarga de los ríos y lagos al estar
ubicados normalmente en el fondo de los valles que frecuentemente
corresponden a zonas planas con niveles piezométricos muy próximos a
la superficie.
c) Suelos con alta porosidad efectiva, permiten disponer de mayor cantidad
de agua subterránea.
d) Permeabilidad más elevada con respecto a otras formaciones, lo que
facilita el desplazamiento del agua.
e) Disponibilidad de agua en períodos de escasas lluvias, cuando el caudal
de los ríos es mínimo o nulo, al permitir que las aguas subterráneas
circulen por el material aluvial que conforma el valle del río, mientras que
en período lluvioso, el caudal superficial del río recarga el acuífero
incrementando la disponibilidad de los recursos hídricos.
2.2.16.13. Requerimientos para el diseño de galerías filtrantes
Jica-Proyecto Suma Uma (2010) sostiene que la obra de captación u obra de
toma de aguas superficiales y sub superficiales se diseñan para aprovechar el
curso de agua que se tiene en una cuenca o en un manantial. Los canales de
riego (abierto o cerrado) permiten la conducción del agua captada desde la
fuente de captación y/o almacenamiento hasta el área de riego.
Considerar con mucha atención ciertos detalles en campo durante el diseño
determinará en gran medida el cumplimiento de los objetivos y metas del
proyecto.
Correctos estudios topográficos y mediciones de campo permitirán que las obras
ingenieriles se adapten a las condiciones reales del terreno de manera que se
evite reajustes volumétricos y presupuestarios durante la construcción.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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44
La correcta determinación de caudales de oferta de la fuente, es una de las
falencias comunes durante el estudio, pese a que este factor determina el plan
de riego durante las campañas agrícolas.
El mismo autor expresa que es imprescindible una estimación concienzuda de
los caudales sub superficiales y nivel freático para el diseño del plan de riego
cuando la toma es también sub superficial. Por este motivo, los aforos deben
realizarse con las condiciones necesarias para mayor exactitud. Es en la etapa
de diseño que se debe realizar la socialización con los futuros beneficiarios de
las obras, a la vez de determinar la inexistencia de conflictos sobre derecho de
paso de obras de arte y del sistema de conducción.
2.2.17. Cuenca del Altiplano
Pillco Zolá (2010), citado por el Viceministerio de recursos Hídricos y Riegos,
2010, sostiene que la cuenca del Altiplano también conocida por cuenca cerrada
o endorreica, políticamente abarca los departamentos de Oruro, La Paz y Potosí,
se halla en la parte sur-oeste de Bolivia. Esta se encuentra entre las
coordenadas 14o40’51”-22o53’12” latitud sur y 66º09’17”-69º38’02” longitud
oeste, sobre una elevación media de 3750 m.s.n.m, con una área aproximada de
200.000 km2.
El mismo autor manifiesta que de acuerdo a la hidrografía superficial dentro de
esta cuenca, pueden señalarse las siguientes macro-cuencas: del Lago Titicaca,
Alto Desaguadero, Bajo Desaguadero, Río Mauri, de los Lagos Poopó y Uru Uru,
del Salar de Coipasa, del Salar de Uyuni y del Río Grande. Cabe indicar que el
área de interés, no el total, sino aquella que corresponde al territorio nacional,
siendo entonces un área menor a lo indicado.
Por otra parte señala que, esta cuenca abarca el 95% del departamento de
Oruro, 55% del departamento de Potosí y 30% del departamento de La Paz. En
una cuenca se ubican ciudades importantes como El Alto, Oruro y otras de
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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menor tamaño. Dentro de este sistema están alojados dos lagos grandes, el
Titicaca en la parte norte con un área de 8000 km2, al cual corresponde una
profundidad media de 270 m. Hacia el sur se encuentra el Lago plano del Poopó,
con una superficie de 3000 km2, al cual corresponde una profundidad media de
1,7 m solamente. Estos dos cuerpos de aguas están unidos por el Río
Desaguadero que tiene un caudal medio a la entrada del sistema del Poopó 55
m3/s, en una distancia de 300 km. Estos cuerpos se constituyen en las
principales fuentes de agua y de recarga incluso.
Con respecto a las cuencas hidrogeológicas, de acuerdo al informe sobre la
situación de los Recursos Hídricos en Bolivia elaborado por el entonces
Ministerio de Desarrollo Sostenible y Medio Ambiente y el PNUD, en el territorio
de Bolivia se definen 5 cuencas hidrogeológicas, teniendo diferencias en su
conformación litológica y estructural. Para la parte occidental del territorio, la
cuenca hidrográfica del Altiplano se asemeja a la cuenca hidrográfica superficial
(Pillco Zolá, 2010, citado por el Viceministerio de recursos Hídricos y Riegos,
2010).
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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III. DESCRIPCIÓN Y METODOLOGÍA
3.1. Ubicación geográfica
3.1.1. Macrolocalización-Patacamaya
El municipio de Patacamaya, quinta sección municipal de la provincia Aroma,
situado al sud de la ciudad de La Paz, a 105 kilómetros de distancia sobre la
carretera Panamericana La Paz-Oruro, ubicado geográficamente a 17o15’52” de
latitud Sur y 68o10’15” de longitud oeste, altitud 3650 a 4370 m.s.n.m, cuenta con
una extensión territorial de 560 Km2 (figura 5).
Figura 5. Mapa microlocalización Capunuta y Cala Cala.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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3.1.2. Macrolocalización-Machacamarca
El municipio de Machacamarca, segunda sección municipal de la provincia
Pantaleón Dalence, situado al sud de la ciudad de Oruro, a 30 kilómetros de
distancia casi sobre la carretera Panamericana Oruro-Potosí, siendo su capital
Machacamarca, ubicado geográficamente a 18º10’ 25.5’’ de latitud Sur y
67º01’39.8’’ de longitud oeste (figura 6).
Figura 6. Mapa microlocalización Qollpa Churu y Anocariri.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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3.2. Materiales
En el presente trabajo se ha utilizado diversos instrumentos y equipos. A
continuación detallamos:
formulario de ex - post de evaluación (anexo 1)
sistema de posicionamiento global GPS
mapa hidrológico
cartografía escala 1:50.000
huincha de 50 m
flexómetro de 5 m
cronómetro
flotador
cámara fotográfica digital
filmadora
equipo de computación e impresora
3.3. Metodología
3.3.1. Metodología General
Para alcanzar el objetivo del trabajo dirigido, se ha establecido el método
descriptivo, analítico y deductivo:
1. Acopio y revisión de información.
2. Observación directa de las obras sub-superficiales, utilizando fichas pre-
elaboradas.
3. Recolección de la información, utilizando fichas pre-elaboradas, además
mediante entrevistas grabadas y charlas informales.
4. Análisis de resultados.
5. Organización y procesamiento de la información.
6. Elaboración de la propuesta técnica de captación de aguas sub-
superficiales mediante galerías filtrantes.
Se han seleccionado un conjunto de sistemas de riego que cuentan con tomas
sub-superficiales en los departamentos de La Paz y Oruro. En este sentido, el
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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presente trabajo dirigido, plantea realizar el análisis de estas obras a través de
estudios de caso en los departamentos elegidos.
El número de casos estudiados alcanza a 4, de los cuales las comunidades de
Capunuta y Cala Cala se encuentran en el municipio de Patacamaya del
departamento La Paz. Las comunidades de Anocariri y Qollpa Churu se
encuentran en el municipio de Machacamarca del departamento de Oruro.
El presente trabajo dirigido evaluó las experiencias de diseño y construcción de
este tipo de obras sub-superficiales y su comportamiento dentro de los sistemas
y prácticas de riego.
A partir de ello, se analizó y evaluó ejemplos de las estructuras que actualmente
están en funcionamiento. El resultado del análisis y evaluación, permitieron la
elaboración de la propuesta técnica para la captación de aguas sub-
superficiales mediante galerías filtrantes.
3.3.2. Metodología Específica
A objeto de realizar las evaluaciones de los sistemas de obra de toma sub-
superficiales, se ha invitado a las comunidades para realizar las
correspondientes evaluaciones. Estas evaluaciones consistieron en verificar el
estado y funcionalidad de las obras, además se ha entrevistado a los dirigentes
sobre aspectos relacionados a los diferentes criterios básicos que consideraron
para elegir la implementación de dichas obras de toma sub-superficiales.
3.3.3. Procedimiento de trabajo
3.3.3.1. Obtención de información primaria (estudio de caso)
A partir de consultas a instituciones estatales y privadas, se ha identificado
proyectos de microriego con captación de aguas sub-superficiales mediante
galerías filtrantes, en los municipios de Patacamaya, provincia Aroma del
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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departamento de La Paz y Machacamarca, provincia Pantaleón Dalence del
departamento de Oruro.
Posterior a la identificación, se procedió a la evaluación de campo de los 4
proyectos. Para esta evaluación se utilizó la ficha de evaluación ex – post del
sistema fuente de agua e infraestructura hidráulica (estudio de caso).
Sin embargo, antes de realizar dicha evaluación, con la ayuda de google heart
se logró identificar los lugares de proyectos. Posteriormente se procedió a una
primera visita a las comunidades, con la finalidad de hacer conocer a las
autoridades y bases los alcances del estudio de caso.
En la visita también se aprovechó para realizar el reconocimiento de campo, y
con la ayuda de un GPS se logró de manera preliminar georeferenciar las
galerías filtrantes emplazadas en las comunidades y determinar la pendiente del
río. Además de algunos otros aspectos, como ser la cuenca de aporte, tipo de
suelo y cultivos principales del lugar.
Con los puntos georeferenciados de las galerías filtrantes y con una cartografía
a una escala 1:50.000, además de datos climatológicos proporcionados por
SENAMHI, se determinó la cuenca hidrográfica de aporte de cada galería
filtrante.
Con los datos que resultaron de la primera visita de campo, se procedió a la
visita de campo de evaluación. Trabajo que se dividió en dos partes: (1) a través
de una encuesta se llenó la ficha de evaluación ex post y (2) se caracterizó
técnicamente las galerías filtrantes.
Para realizar el trabajo de la caracterización se usó el flexómetro y huincha para
dimensionar las galerías filtrantes. Además de un flotador y cronómetro para
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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determinar el caudal. También el ph del agua, con el Phmetro. De hecho este
trabajo fue apoyado por entrevistas, filmación y fotografías.
Esta información de estudio de casos, responden básicamente a los objetivos
específicos. Enfocados a evaluar experiencias de técnicas de captación de
aguas sub-superficiales, mediante galerías filtrantes; a elaborar criterios de
elegibilidad; de modo que permita la implementación de la técnica de captación
de aguas sub-superficiales, mediante galerías filtrantes y formular elementos de
diseño de galerías filtrantes.
3.3.3.2. Obtención de información secundaria
Se identificó bibliotecas de universidades, estatales o privadas, bibliotecas de
las carreras de Ingeniería Agronómica, Ingeniería Civil, Ingeniería Geológica e
Instituto de Hidráulica. Además de instituciones estatales, como ser: Ministerio
de Aguas y Medio Ambiente, Viceministerio de Recursos Hídricos, Ministerio de
Desarrollo Rural y Tierras. Asimismo se identificó instituciones que tengan a la
venta mapas hidrológicos, mapas hidrogeológicos, sistema de información
satelital (SIG).
Una vez identificadas las instituciones privadas y estatales, se procedió de
manera minuciosa a la recolección de la información teórica que responda a los
objetivos específicos.
3.3.3.3. Trabajo de gabinete
A partir de la sistematización de las experiencias en cada caso y haciendo un
análisis comparativo de las experiencias, se procedió a elaborar las conclusiones
y recomendaciones que básicamente responden al objetivo general. Este
análisis se apoyó en la información secundaria.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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3.3.4. Variables de respuesta
Para responder a cada uno de los objetivos específicos, se han planteado tres
variables de respuesta.
Variables que responden al objetivo específico 1.
1. Características del ámbito físico local
2. Características generales y específicas de galería filtrante, diseño y
construcción (caudal de agua, tipo de galería, dimensiones de la galería,
material, y filtro).
3. Características respecto a criterios de diseño y construcción.
Variables que responden al objetivo específico 2.
1. Presencia de bofedales sobre el lecho del río, indicador principal.
2. Verificación del flujo de aguas sub-superficiales a través de pruebas de
bombeo.
3. Orientación de la galería respecto al flujo de aguas sub-superficiales
Variables que responden al objetivo específico 3.
1. Diseño hidráulico.
2. Componentes de una galería filtrante.
3. Funciones de los componentes de una galería filtrante.
3.3.5. Descripción de los ríos Khora y Cebada Mayu
Los casos estudiados, analizan las galerías filtrantes construidas en el río Khora
en el municipio de Patacamaya del departamento de La Paz y el río Cebada
Mayu en el municipio de Machacamarca del departamento de Oruro.
Rio Khora
La cuenca del río Khora está definida por una cuenca alargada que nace en el
cerro Wila Kollu y se extiende al sur-este hasta la localidad de Patarani, donde
se une al río Suni Jahuira. Existe una variación de altitudes desde Wila Kollu que
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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se encuentra a 4.658 m.s.n.m a Patarani que está a 3.800 m.s.n.m,
presentándose un desnivel de 858 m.
La unidad geomorfológica está desarrollada sobre una estructura sinclinal, tiene
una forma irregular, alargada con fuertes escarpes en las partes altas del
sistema, constituida por un paisaje de serranías de amplitud media, con cimas
irregulares y elongadas.
La cuenca tiene un área de 325 km2, en un relieve montañoso ondulado, una de
las restricciones más importantes es la limitada precipitación pluvial en la cuenca
del río Khora, cuyo precipitación media es de 404 mm. El flujo superficial es nulo
entre los meses de mayo a diciembre.
En el río Khora se encuentran las galerías filtrantes de (fotografía 1):
Capunuta
Cala Cala
Fotografía 1. Vista panorámica del río Khora.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Rio Cebada Mayu
La cuenca del río Cebada Mayu, tiene la forma alargada, naciendo sus aguas en
el cerro Quinta Khollu correspondiente a las montañas del negro pabellón con
una elevación de 4.885 m.s.n.m, y terminando en los límites de la comunidad de
Qollpa Churu con una elevación de 3.800 m.s.n.m, con un desnivel de 1085 m.
La cuenca tiene un área de 68,44 km2, presenta una topografía montañosa
ondulada, la zona presenta una limitada precipitación pluvial, la misma que
oscila alrededor de los 396 mm.
En el río Cebada Mayu se encuentran las galerías filtrantes de (fotografía 2):
Qollpa Churu
Anocariri
Fotografía 2. Vista panorámica del río Cebada Mayu.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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3.3.6. Características del ámbito físico local
Capunuta
La galería filtrante de Capunuta se encuentra ubicada sobre el río Khora, dentro
del departamento de La Paz, provincia Aroma, municipio de Patacamaya, a
3.905 m.s.n.m; la galería del sistema de riego Capunuta está situada a 3,5 km
aguas arriba de la estancia de Capunuta y un 1 km de la estancia Cala Cala.
Esta obra está ubicada en el margen derecho del río Khora, el río tiene un ancho
de 15 m y una pendiente baja no mayor al 0,5%. El río presenta un gran material
aluvial en su lecho, en la zona de emplazamiento de esta estructura es posible
apreciar aportes de quebradas y vertientes con caudales importantes en
temporadas de lluvia.
Cala Cala
La galería filtrante Cala Cala está ubicada también sobre el río Khora, en el
departamento de La Paz, provincia Aroma, municipio de Patacamaya, está a 1,5
km de la estancia Cala Cala y 380 m de la galería filtrante de Capunuta.
Esta obra está ubicada en el margen derecho del río Khora, el río tiene un ancho
de 15 m y una pendiente de 1 porciento.
Las características de la cuenca son las mismas que la del sistema de
Capunuta, también se puede apreciar el aporte de la quebrada Muruta y
vertientes, el río presenta una gran cantidad de material aluvial en el lecho el río.
Qollpa Churu
Las galerías filtrantes de Qollpa Churu están ubicadas sobre el río Cebada
Mayu, en el departamento de Oruro, provincia Pantaleón Dalence, municipio de
Machacamarca, está a 4,5 km de la carretera principal entre Oruro y Huanuni. En
el lugar de emplazamiento de la galería el río tiene una pendiente de 1,5% y
presenta un ancho menor a los 7 metros.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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La cuenca tiene una forma alargada, con un alto predominio de terrenos
cultivados, estos terrenos son fértiles, aptos para cualquier tipo de cultivos
El lecho del río presenta un alto contenido de material aluvial ideal para el
emplazamiento de galerías filtrantes.
Anocariri
La galería filtrante del sistema Anocariri, tienen una particularidad y no
precisamente se encuentra en el lecho del río Cebada Mayu. Es decir, el sistema
de la galería filtrante se encuentra emplazada a 715 m del río Cebada Mayu y a
2090 m de la carretera Oruro y Huanuni.
El lugar de emplazamiento de la galería, tiene una pendiente con dirección a la
carretera de 4 porciento. La cuenca tiene una forma alargada, con un alto
predominio de terrenos fértiles cultivados.
La composición geológica de los estratos en la zona de emplazamiento, permite
identificar material aluvial, en las primeras capas, con una capa impermeable a
profundidades de 8 a 10 m con importantes escurrimientos sub-superficiales a
profundidad.
3.3.7. Características generales y específicas de las galerías
filtrantes, diseño y construcción
Capunuta
El proyecto fue elaborado y construido por la Fundación Nayra, con contraparte
municipal de Patacamaya. La ejecución fue realizada en 2009. Esta estructura
fue construida para captar los escurrimientos sub-superficiales del río Khora,
para regar 15 ha y beneficiar a 65 familias.
Esta galería está ubicada en el margen derecho del río Khora, tiene una longitud
de 60 m, se encuentra emplazada con una inclinación horizontal de
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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aproximadamente 100º con relación al eje del río. La galería emplazada es de
tipo bóveda de hormigón ciclópeo, con una cámara a la salida de la galería y
conectada a la tubería PVC de 12” (figura 7).
Durante el estudio del proyecto se realizó la prueba de bombeo, excavando un
pozo de 4,0 x 4,0 x 4,5 recuperándose en 10 minutos, en consecuencia el
rendimiento es de 0,12 metros cúbicos por segundo.
El filtro fue construido de acuerdo al diseño, colocando una capa de piedra (tipo
manzana), de 1m de ancho y una capa posterior de arena graduada también de
1m de ancho.
Las barbacanas son de tubería PVC de diámetro 2” y en los 2 años de uso, se
puede apreciar que su funcionamiento es de regular a bueno. Esto significa que
no todas las barbacanas están captando las aguas sub-superficiales, debido a
que el filtro no fue colocado de manera apropiada. Contradiciendo de esta
manera el testimonio de la comunidad.
Figura 7. Croquis de la galería filtrante Capunuta.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Cala Cala
El proyecto fue elaborado por el proyecto Suma Uma de la Cooperación
Japonesa en coordinación con el Municipio de Patacamaya en la gestión 2009.
Esta estructura fue construida para captar los escurrimientos sub-superficiales
del río Khora para regar 11,95 ha y beneficiar a 30 familias (figura 8).
Esta galería está ubicada en el margen derecho del río Khora, tiene una longitud
de 60 m y se encuentra emplazada perpendicularmente al eje del río. Esta
galería es de tipo bóveda de hormigón ciclópeo, con dos cámaras, una al inicio y
otra al final conectada a la tubería PVC de 12”.
Como se indicó anteriormente, la galería filtrante fue emplazada de manera
perpendicular al río khora. Durante y después de la excavación se pudo notar
que el flujo sub-superficial no era uniforme y que existían venas de agua en
dirección diagonal al río, que eran más frecuentes y con mejor caudal en la parte
inicial de la galería, vale decir al extremo del flanco derecho del río. Lo que podía
dar a suponer que si se alargaba esta estructura y se orientaba la galería en
dirección perpendicular al flujo sub-superficial de mayor aporte, la galería podría
tener mayor rendimiento.
Esta consideración no se tomó en cuenta fundamentalmente por dos razones;
por un lado se incrementaba el presupuesto considerado, por otro el prolongar la
galería provocaría conflicto, ya que el terreno corresponde a una propiedad
privada.
Sin embargo podrían haberse considerado distintos aspectos, realizando
distintas pruebas a lo largo del eje de la galería propuesta o revisando la
geomorfología de la zona que coincidentemente presenta mayor vegetación en
el flanco derecho del río. Esto, producto de las aguas sub-superficiales que
escurren con mayor caudal en esta zona del río.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Se debe indicar también que después de haber pasado dos años de
funcionamiento, la galería filtrante de Cala Cala tiene menor eficiencia de
captación en relación a la galería de Capunuta, pese a encontrarse aguas arriba.
Figura 8. Croquis galería filtrante Cala Cala.
Qollpa Churu
El proyecto fue ejecutado con el apoyo de varias instituciones, entre estas se
encuentra la ONG LLANQASAJ, ONG PCI, así también el apoyo del FDC,
comunidad beneficiaria y la Alcaldía de Machacamarca.
Esta galería filtrante ha sido ejecutada en la gestión 2003, fue construida para
captar los escurrimientos sub-superficiales del río Cebada Mayu, para regar 20
ha, y beneficiar a 40 familias.
El sistema de Qollpa Churu presenta dos galerías filtrantes, las cuales tienen
características distintas y se explicaran a continuación (figura 9).
La primera galería tiene una longitud de 60 m y la otra galería tiene una longitud
de 70 m distribuidos en dos brazos cada uno de 35 m. Un brazo de esta
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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60
estructura se encuentra emplazado con una inclinación horizontal de
aproximadamente 100º a 150º con relación al eje del río. El otro brazo se
encuentra emplazado paralelo al río, pero captando aguas de vertientes que
escurren de una quebrada aledaña.
Como se señaló anteriormente, se construyeron dos tipos de galería. Se puede
mencionar que se experimentó con la primera estructura, perfeccionándola con
la segunda galería y posteriormente replicada en otros sistemas que existen en
la zona. Para los beneficiarios las barbacanas no tienen la misma eficiencia de
captación que el muro de piedra, si ellos tendrían que emplazar otro sistema, el
criterio de colocar un muro de piedra, es lo primordial.
También se señala que se obtiene mejor captación, si se emplaza la galería con
un ángulo mayor a los 90º con relación al eje del río.
Estos criterios tienen su respaldo, toda vez que se pueden comparar en este
sistema.
Figura 9. Croquis galerías filtrantes Qollpa Churu.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Anocariri
El proyecto fue ejecutado con el apoyo de varias instituciones, entre estas se
encuentra la Ex Prefectura de Oruro, la Fundación, ONG Project Concern
Internacional, Comunidad beneficiaria y la Alcaldía de Machacamarca,
La galería filtrante ha sido ejecutada en la gestión 2003 y fue construida para
captar los escurrimientos sub-superficiales del río Cebada Mayu, para regar 20
ha y beneficiar a 40 familias de la comunidad de Realenga Anocariri y Ventilla
(figura 10).
La galería filtrante es de mampostería de piedra que permite el escurrimiento de
las aguas sub-superficiales, apoyado por un filtro de piedra y grava, esta
mampostería trabaja de la misma manera que las barbacanas.
Ha sido acertada la ubicación de esta estructura, asociando la profundidad de las
aguas subterráneas con la pendiente del terreno logrando captar más de 20
litros por segundo.
Figura 10. Croquis galería filtrante Anocariri.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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3.3.8. Características respecto a criterios de diseño y
construcción
Capunuta
Esta obra fue construida aguas abajo del sistema de riego Cala Cala, y después
de un mes de haber concluido el mismo. En la construcción de la galería filtrante
de Capunuta se fue corrigiendo y modificando la estructura, para tener mejor
captación en relación a Cala Cala (fotografías 3,4,5 y 6).
Por ejemplo en la construcción del sistema de riego Cala Cala se pudo
determinar al momento de la excavación que existían líneas o flujos de agua en
el inicio de la galería, vale decir en el flanco derecho del río. Estos flujos se
incrementaban más en el extremo del flanco derecho, con caudal de 0,5 litros
por segundo.
Curiosamente la geomorfología de la zona nos muestra que la parte extrema del
flanco derecho del río (zona nor- oeste de la comunidad existen bofedales y
aportes de vertientes).
Con estas consideraciones la galería filtrante del sistema de riego Capunuta fue
emplazada más al extremo del flanco derecho del río y con una inclinación
horizontal de más o menos 100º al eje del río y casi perpendicular a los aportes
de la quebrada Muruta y vertientes.
Estos criterios permitieron obtener una mejor eficiencia de captación que la
galería filtrante de sistema de riego Cala Cala.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Fotografía 3. Galería filtrante de estructura bóveda y la cámara final- Capunuta.
Fotografía 4. Muro transversal aguas arriba. Se observa una barbacana y el filtro de piedra-
Capunuta.
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Fotografía 5. Cámara final de la galería. Se observa la circulación de aguas sub-
superficiales interceptada por la galería-Capunuta.
Fotografía 6. Cámara de inspección. Se observa el ingreso de aguas sub-superficiales a
través de barbacanas-Capunuta.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Cala Cala
Esta obra fue construida en la gestión 2009 y fue el inicio del emplazamiento de
este tipo de estructuras en la zona (actualmente se encuentran 3 galerías en la
zona), a partir de las pruebas de bombeo se optó por usar una estructura de
hormigón ciclópeo con una estructura del tipo bóveda en su parte superior. Se ha
elegido este tipo de estructura, porque tiene una buena estabilidad.
Para la ubicación de la galería se ha propuesto orientar perpendicularmente al
eje del río, emplazada en la parte extrema del flanco derecho del río. La galería
tiene una longitud de 60 m (fotografías 7,8,9 y10).
Sin embargo dentro de la ejecución del proyecto se ha podido apreciar que
alguna de estas consideraciones no fueron muy acertadas.
Fotografía 7. Escurrimiento sub-superficial en la excavación de la galería filtrante-Cala
Cala.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Fotografía 8. Cámara inicial de la galería filtrante, cerca a un bodefal-Cala Cala.
Fotografía 9. Cámara final de la galería filtrante-Cala Cala.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Fotografía 10. Cámara de inspección, se observa el paso del agua, pero no presenta
barbacanas Cala Cala.
Qollpa Churu
Las galerías filtrantes de Qollpa Churu tienen características diferentes en
relación a otras galerías filtrantes. Sin embargo debemos indicar que este
sistema está compuesto por dos galerías, de las cuales 1 tiene dos brazos. En
primera instancia fue construida una galería filtrante que está compuesta por una
estructura de hormigón armado, provista de un tajamar aguas abajo, barbacanas
en el muro aguas arriba y una losa con lloraderos en la parte superior.
Lamentablemente luego de la construcción de esta estructura, se pudo verificar
que la captación era nula en los meses más críticos de estiaje (fotografías 11 y
12).
En consecuencia aprovechando la cooperación técnica de la ONG PCI se instaló
otra galería aguas arriba con dos brazos. Esta nueva estructura es combinada
de un muro y piso de hormigón ciclópeo, muro de piedra aguas arriba y losa de
hormigón armado con barbacanas. Esta estructura ofrece una mejor captación,
uno de los brazos permite la captación de aguas sub-superficiales del río
Cebada Mayu y el otro la captación de vertientes. La nueva galería como la
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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antigua han sido conectadas a una cámara, lo que ha permitido que el sistema
incremente notablemente su eficiencia de captación.
Fotografía 11. Vista panorámica de las galerías filtrantes, se observa a detalle la
ubicación del tajamar, muro de protección y la cámara final-Qollpa
Churu.
Fotografía 12. Cámara que intercepta la captación de las dos galerías filtrantes-Qollpa
Churu.
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Anocariri
Las galerías filtrantes de Anocariri a diferencia de los anteriores sistemas, tiene
3 aportes. Por los muros de mampostería izquierdo y derecho, como también
por la losa que está provista de lloraderos (fotografías 14,15 y16).
Estos aportes son significativos, toda vez que la longitud de la galería filtrante es
de 750 m. La profundidad de la galería es de 8 m los cuales tienen una cámara
de inicio y cámaras cada 100 m, que es lo más recomendable para aspectos de
limpieza. Sin embargo el mantenimiento resulta difícil si no se cuenta con el
apoyo de una escalera, la cual no fue incluida en este sistema. Desde la
fundación de la galería filtrante a la fecha, no se ha realizado la limpieza.
Esta estructura de captación profunda ve sus resultados a la hora de salir a la
superficie a través de canal, apoyado por la gran pendiente que tiene este trazo.
De acuerdo a algunas observaciones, se realizaron sondeos eléctricos para la
ubicación de aguas sub superficiales lo que apoyó en la determinación del
diseño.
Fotografía 13. Cámara de inicio-Anocariri.
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Fotografía 14. Cámara intermedia a una profundidad de 6 m, se ve en lo profundo la
corriente del agua-Anocariri.
Fotografía 15. Cámara intermedia a una profundidad de 2 m. Se ve en lo profundo la
corriente del agua-Anocariri.
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Fotografía 16. Cámara intermedia con una tapa precaria de maderas-Anocariri.
3.3.9. Presencia de bofedales sobre el lecho del río, indicador
principal
A lo largo del río, no siempre se presentan bofedales, sin embargo si se identifica
algunos sectores con esta característica, es casi seguro que el agua está
fluyendo en el sub-suelo. De modo que esto se convierte en un indicador
principal para poder elegir el emplazamiento de las galerías filtrantes.
De los casos estudiados, Capunuta, Cala Cala y Qollpa Churu, son los que han
tomado en cuenta el bofedal como indicador principal. Bofedal que se
encontraba en el lecho del río. En el caso de Anocariri, también tomo en cuenta
el indicador del bofedal, pero que no se encontraba en el lecho del río
precisamente, sino en un sector distante a 715 m extremo del flanco derecho del
río Cebada Mayu (fotografías 17 y 18).
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Fotografía 17. Afloramiento de aguas sub-superficiales-bofedal Cala Cala.
Fotografía 18. Afloramiento de aguas sub-superficiales-bofedal Capunuta.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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3.3.10. Verificación del flujo de aguas sub-superficiales a través
de pruebas de bombeo
Si bien es cierto que los cuatro casos estudiados, toman en cuenta como
indicador principal al bofedal para determinar la presencia de aguas sub-
superficiales, esto no es suficiente, sin embargo es de gran ayuda, a tiempo de
identificar aguas sub-superficiales. Para validar este indicador necesariamente
se debe verificar estas aguas a partir de pruebas de bombeo.
En todos los casos estudiados, fue necesario corroborar la presencia de aguas
sub-superficiales, construyendo pozos cerca al sector de los bofedales a una
profundidad de 3-4 m, hasta encontrar la capa estable e impermeable. Esto en la
experiencia de los tres primeros casos.
En el caso de Anocariri se tuvo que realizar sondeos eléctricos, además de
perforar pozos hasta una profundidad de 8 m, profundidad en la que se
encontraba la capa impermeable.
3.3.11. Orientación de la galería respecto al flujo de aguas sub-
superficiales
Para emplazar las galerías filtrantes en los lechos de los ríos u otros, se debe
tomar muy en cuenta y de manera apropiada, la dirección del flujo de las aguas
sub-superficiales.
En los casos de Capunuta, Qollpa Churu y Anocariri, las galerías se han
emplazado de manera perpendicular al flujo de las aguas sub-superficiales. Esto
significa aproximadamente entre 100o -150o y 180o en relación al eje del río.
En el caso de Cala Cala, a diferencia de Capunuta, Qollpa Churu y Anocariri, se
ha emplazado la galería filtrante, con una orientación perpendicular al eje del río
y no necesariamente perpendicular al flujo de las aguas sub-superficiales. No
obstante que el flujo de las aguas viene en la misma dirección que en Capunuta.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Como consecuencia de esta mala decisión, actualmente la galería de Cala Cala
tiene un rendimiento menor en relación a la galería de Capunuta.
Es más, en los meses de septiembre y octubre de la gestión 2011, la galería
filtrante de Cala Cala registró una disminución considerable del caudal de agua,
ésto como consecuencia de la acumulación de sedimentos en las barbacanas.
A objeto incrementar el caudal de la galería, los beneficiarios construyeron en la
gestión 2011 un reservorio de tierra, ubicado a 50 m aguas abajo, en dirección a
la cámara de inicio de la galería, de aproximadamente 250 m3 de capacidad
(fotografía19).
De los aspectos de cuidado que se han identificado a partir de la experiencia de
Cala Cala, claramente resalta la necesidad de realizar estudios previos
referentes a sondeos de acuíferos, a través de varios pozos en época critica, a lo
largo de las galerías y sondeos eléctricos en el área circundante a la obra de
captación, aspecto que aparentemente no fue considerado con la debida
prudencia en este sistema, por lo que se sabe que se han tenido que realizar
obras adicionales para captar más agua y así cubrir la oferta proyectada durante
los estudios, este es el caso del sistema de microriego Cala Cala (SEDERI,
2011).
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Fotografía 19. Reservorio (Kotaña) de 250 m3 construida a 50 m aguas abajo de la cámara
de inicio-galería filtrante-Cala Cala.
3.3.12. Diseño hidráulico
Una de las principales funciones de las galerías filtrantes es interceptar las
aguas superficiales, pero principalmente las aguas sub-superficiales. Los
parámetros que influyen en el rendimiento de las galerías de filtración son: la
conductividad hidráulica, el espesor del acuífero, y la gradiente hidráulica, siendo
esta última importante para los acuíferos con escurrimiento propio. De estos tres
parámetros, el que influye directamente en todos los tipos de las galerías es la
CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA (permeabilidad) y depende de numerosos
factores como: a) forma, disposición y tamaño de los granos del material
filtrantes del acuífero y b) viscosidad y densidad del fluido.
En los cuatro casos estudiados, se puede percibir claramente que el rendimiento
de las galerías es importante, excepto el de Cala Cala, que en época de estiaje
de la gestión 2011 disminuyó considerablemente casi llegando a secar. Aunque
esto no precisamente se debe a la mala conductividad hidráulica, sino más bien
al inapropiado colocado del filtro, que disminuye la eficiencia de ingreso de las
aguas sub-superficiales, que en este caso es a través de las barbacanas.
Además esto puede ser resultado de la mala orientación de la galería.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Al apreciar los rendimientos de las galerías de los cuatro casos estudiados, se
puede afirmar que existen flujos de aguas sub-superficiales, que hace que las
galerías pueden interceptar estos flujos. Esto significa que existe una amplia
permeabilidad de los estratos del acuífero.
3.3.13. Componentes de una galería filtrante
A pesar de que las galerías filtrantes evaluadas tienen distintas características,
vamos a definir de manera general los componentes de una galería filtrante.
La parte inferior de la galería se encuentra ubicada por debajo del nivel de agua
en la zona de saturación llamada piso, la parte superior en la zona húmeda es
llamada generalmente clave.
La sección transversal es denominada como galería o bóveda, la misma que
tiene dimensiones suficientes como para permitir el desplazamiento de los
equipos y de las personas encargadas de su construcción.
En la parte anterior aguas arriba de la galería se tiene un filtro, el mismo que
normalmente está dividido en capas, la primera capa de filtro lleva un material
más grueso que los anteriores.
Existen varios tipos de galerías filtrantes, sin embargo los componentes más
importantes no varían y son:
muro –sección transversal de HoCo, aguas abajo.
piso de HoCo o solado de piedra.
muro-sección transversal de HoCo con barbacanas, aguas arriba - gavión
de piedras, mampostería de piedras o muro de piedras.
parte superior de HoCo tipo bóveda o losa de HoAo.
filtro ubicado en el muro aguas arriba.
cámara de inicio y final.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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En los casos de Capunuta y Cala Cala, las galerías filtrantes emplazadas son de
tipo bóveda de HoCo, piso de HoCo, muro aguas abajo de HoCo, y el muro aguas
arriba de HoCo con barbacanas, apoyado de un filtro de piedra y grava (figuras
11 y 12).
Figura 11. Sección galería filtrante Capunuta.
Figura 12. Sección galería filtrante Cala Cala.
La galería filtrante de Cala Cala tiene dos cámaras, una al inicio y otra al final,
mientras que la galería de Capunuta solo una cámara al final.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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En el caso de Qollpa Churu es de tipo mixto. En lugar de la bóveda de HoCo tiene
una losa de HoAo con barbacanas. El muro aguas abajo de HoCo, y el muro
aguas arriba es de piedra, apoyados con filtros de piedra y grava. El muro de
piedras funciona como barbacanas. Además tiene dos cámaras, una al inicio y
otra al final (figura 13).
Figura 13. Sección galería filtrante Qollpa Churu.
En el caso Anocariri tiene otras características diferentes a las otras. La galería
filtrante está compuesta por los muros de mampostería de piedra izquierdo y
derecho, apoyados por un filtro de piedra y grava, también por la losa que está
provista de lloraderos. Tiene más de dos cámaras, pero principalmente de inicio
y final (figura 14).
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Figura 14. Sección galería filtrante Anocariri.
3.3.14. Funciones de los componentes de una galería filtrante
Muro-sección transversal de hormigón ciclópeo (HoCo), aguas abajo
El muro tiene la función de evitar el paso del agua interceptada por el muro
aguas arriba.
Piso de hormigón ciclópeo (HoCo), o solado de piedra
En el caso de que el piso sea de hormigón ciclópeo, la función es impedir la
infiltración del agua interceptada por el muro aguas arriba. Si el piso es de
solado de piedra, este permite el ingreso a la galería de aguas por capilaridad,
pero al mismo tiempo evita de paso la fuga del agua. Se aclara que para
construir este tipo de piso, debemos estar seguros que la capa es estable e
impermeable.
Muro- sección transversal de hormigón ciclópeo (HoCo), con barbacanas,
aguas arriba - gavión de piedra, mampostería de piedra o muro de piedra
El muro permite el ingreso de las aguas sub-superficiales ya sea por
barbacanas o por medio del muro, gavión o mampostería de piedras que sirven
de barbacanas.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Parte superior de hormigón ciclópeo (HoCo), estructura bóveda o losa de
hormigón armado (HoAo)
Esta parte tiene la función de proteger la carga de tierra, que será rellenada
después de finalizada la construcción. Si la losa tiene barbacanas, además de
proteger la carga, también sirve para captar aguas superficiales.
Filtro ubicado en el muro aguas arriba
No es menos importante el filtro, toda vez que está compuesto de piedras
medianas, gravas, arenas y tiene la función de filtrar las aguas que entran a
través de las barbacanas, gavión, mampostería o muro de piedras.
Cámara de inicio y final
Estas cámaras funcionan básicamente para realizar el mantenimiento de la
galería.
IV. ANÁLISIS Y EVALUACIÓN
4.1. Análisis y evaluación de resultados
4.1.1. En relación a la caracterización de experiencias de técnicas
de captación de aguas sub-superficiales, mediante galerías
filtrantes
De estas experiencias, se puede mencionar que los beneficios han sido muchos,
ya que se sabe que en Capunuta y Cala Cala se ha visto fortalecida la
producción agrícola ganadera con dos producciones anuales (SEDERI, 2010).
Es cierto que uno de los objetivos específicos es la caracterización de
experiencias técnicas, sin embargo es inevitable tocar la parte social, reiteramos
aunque el presente trabajo solo tomó variables de respuesta referido a la parte
técnica, también es importante tocar el impacto socioeconómico, aunque el
presente trabajo solo toca este tema de manera muy general.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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En los cuatro casos estudiados se puede advertir claramente que la
implementación del sistema de galerías tuvo un gran impacto en la parte socio-
productiva y consecuentemente en la parte económica. Esta afirmación se basa
en las percepciones y observaciones que se realizó de manera directa en el
campo. El incremento de la producción agropecuaria actual en relación a la
anterior se incrementó en un 30 porciento.
A continuación se presenta el análisis según el objetivo planteado,
principalmente tocaremos la parte técnica.
Durante la caracterización de los sistemas, se pudo percibir realmente que las
galerías filtrantes tienen un buen resultado, esto como consecuencia de que los
sistemas fueron construidos de acuerdo a las recomendaciones técnicas, pero
también tuvo mucho que ver el conocimiento local. Al momento del estudio,
como a la implementación, se tomó en cuenta los conocimientos de los
comunarios.
Al presente, las galerías filtrantes están funcionando de una manera regular a
buena, aunque existe alguna excepción. Los datos de caudales reflejan el
rendimiento de cada una de las galerías filtrantes (figura 15).
Figura 15. Rendimiento de las galerías.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Desde todo punto de vista, se puede confirmar que la implementación de las
galerías filtrantes en el Altiplano es una importante solución para la captación de
agua con fines de riego. Si bien en nuestro país son relativamente nuevas, en
otros países se implementó este tipo de sistemas hace años, con buenos
resultados.
Por lo menos en los casos estudiados, la implementación de las galerías
filtrantes data del año 2003, en el caso de Machacamarca y en Patacamaya del
año 2009. Es muy probable que existan experiencias desde hace mucho antes
del 2003. Sin embrago el presente trabajo está solo con la capacidad de hacer
conocer datos que resultan del diagnóstico realizado.
En el caso de Capunuta, la galería es resultado de la experiencia de Cala Cala.
A pesar de que las galerías están emplazadas en el mismo lecho del río Khora,
Cala Cala cometió algunos desaciertos en cuanto a la orientación de la galería.
Estos fueron tomados como lección aprendida para que la galería de Capunuta
tenga mejor rendimiento. Lo lógico es que Cala Cala debería tener mayor
rendimiento por estar ubicadas un poco más aguas arriba en relación a
Capunuta.
En los casos de Qollpa Churu y Anocari, se puede apreciar que las galerías
filtrantes son diferentes a las de Capunuta y Cala Cala, en cuanto a su diseño.
Sin embargo, se puede comprobar que también cumplen la función de captar
aguas sub-superficiales.
En el caso de Qollpa Churu, las galerías filtrantes emplazadas, es resultado de
varias experiencias, es decir anteriormente construyeron el muro aguas arriba de
HoCo con barbacanas, sin embargo esto no resultó y optaron por construir el
muro de piedra, el mismo que no necesita barbacanas. Son las uniones entre
piedras que al no ser perfectas permiten el ingreso de las aguas sub-
superficiales.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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83
Las galerías filtrantes son estructuras que captan aguas sub-álveas o sub-
superficiales, de los lechos de los ríos. Sin embargo, el caso de Anocariri es una
experiencia muy diferente. Se captó aguas sub-superficiales que no están
precisamente en el lecho del río, y el lugar de captación se encuentra a unos
715 m del río.
La experiencia de Anocariri, muestra que no precisamente las galerías se
pueden y deben construir en los lechos de los ríos, aunque esto es lo más
recomendado y posiblemente más económico.
Lo más importante de esta caracterización es que, las galerías filtrantes son una
interesante alternativa, por dos razones. Por un lado, es la única alternativa que
puede captar aguas sub-superficiales y por otro lado, estas tienen la
particularidad de abastecer aguas en épocas de estiaje sumamente criticas, tal
es el caso del Altiplano.
Para la captación de aguas provenientes de diferentes fuentes, es necesario
tomar en cuenta la hidrología de la cuenca. Este aspecto fue tomado en cuenta
en los casos estudiados. En el caso Capunuta y Cala Cala, el área de aporte de
la cuenca es de 325 km2 y 68,44 km2 de Qollpa Churu y Anocariri. Se puede
apreciar que la cuenca de Capunuta y Cala Cala es casi 5 veces más en relación
al de Qollpa Churu y Anocariri. Aunque existan diferencias, nos demuestran y
justifican el emplazamiento de las galerías filtrantes.
4.1.2. En relación a criterios básicos de elegibilidad, de modo que
permita la implementación de la técnica de captación de
aguas sub-superficiales, mediante galerías filtrantes
Luego de caracterizar y evaluar las galerías filtrantes de Capunuta, Cala Cala,
Qollpa Churu y Anocariri, se puede señalar que para emplazar estas
estructuras destinadas a la captación de aguas sub-superficiales, es necesario
considerar los siguientes criterios:
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1. Emplazamiento en estrato de material aluvial, permeable o alta porosidad.
2. Aporte de escurrimientos o acuíferos sub superficiales.
3. No emplazar en lugares con fallas geológicas.
4. Emplazar en sectores libres de contaminación hídrica.
5. Una buena característica para el emplazamiento son los bofedales
(j’ocos).
Aparentemente en todos los lechos de los ríos existen aguas sub-superficiales,
sin embargo los casos estudiados nos demuestran que existen en algunos
sectores del río y no necesariamente en todo el río.
Es cierto que los lechos de ríos están conformados por depósitos de sedimentos
aluviales, es decir son suelos no desarrollados y que tienen alta conductividad
hidráulica (alta permeabilidad). Para fines de captación de aguas sub-
superficiales, no es suficiente que el lecho del río este conformado por depósitos
de sedimentos aluviales, sino más bien debe haber circulación de las aguas sub-
superficiales, la misma que fundamentalmente depende de escurrimientos y
recargas de la cuenca.
No todos los criterios mencionados anteriormente, fueron considerados en las
galerías filtrantes evaluadas, por ejemplo en la galería de Cala Cala se consideró
de manera superficial los puntos 2 y 5. No obstante en la etapa de construcción
se pudo observar que los mayores aportes se encontraban en el flanco derecho
del río Khora, además se puede apreciar algunos bofedales en el mencionado
flanco.
Si bien es cierto que existen varios criterios para poder identificar la presencia de
aguas sub-superficiales, el conocimiento local demuestra que uno de los
indicadores importantes que advierten la presencia de aguas sub-superficiales
son los bofedales o j´ocos, este último término utilizado por los comunaríos.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Si en el trayecto de un río se observa la presencia de bofedales, éstos expresan
la existencia de aguas sub-superficiales. Una característica de los bofedales son
los afloramientos de aguas en medio de una alfombra de pastizales.
Es muy probable que Cala Cala haya tomado en cuenta el bofedal como
indicador, aunque no en su total dimensión. Pero la mala orientación de la
galería no permitió captar con eficiencia las aguas sub-superficiales,
provenientes de esta fuente.
En los casos de Capunuta, Qollpa Churu y Anocariri fue muy bien aprovechado
este indicador y la adecuada orientación de las galerías respecto al eje del río,
permitió captar más agua.
La orientación de las galerías filtrantes respecto a los ejes de los ríos, en los
cuatro casos, juega un papel muy importante para su emplazamiento. La
orientación de la galería depende de la dirección del flujo de aguas sub-
superficiales y no precisamente de la dirección del flujo de aguas superficiales.
De las 4 galerías filtrantes estudiadas, 3 están orientadas en dirección
perpendicular al flujo de aguas sub-superficiales y no precisamente en dirección
perpendicular al flujo superficial. En el caso de Cala Cala, lamentablemente se
orientó perpendicularmente al flujo superficial, o lo que es lo mismo en dirección
perpendicular al eje del río. Sin embargo, los aportes sub-superficiales venían
en otra dirección. En cambio Capunuta, Qollpa Churu y Anocariri orientaron las
galerías de una manera apropiada, consecuentemente tienen agua para riego
durante todo el año, sobre todo en épocas de estiaje.
Se supone que las galerías fueron construidas para captar las aguas sub-
superficiales y no superficiales. En su mayoría las aguas superficiales son
temporales, es decir en épocas de estiaje desaparecen. Si el agua que escurre
en los ríos fuera permanente, la construcción de estas obras de toma no sería
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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necesaria. En este caso se recomienda realizar otro tipo de toma, como son las
obras de toma directa (azud, tirolesa, etc.).
Otro aspecto que se tomó en cuenta y que no se menciona en las
consideraciones de los 5 puntos, es la topografía, la misma que es un factor
importante a tiempo de elegir el emplazamiento de las galerías filtrantes. En los
casos estudiados todas están emplazadas aguas arriba de las áreas de riego
para posibilitar que los sistemas funcionen por efecto gravitacional.
En los casos estudiados, la pendiente de los ríos oscila entre 4% - 0,5%. En el
caso de Capunuta es 0,5%, Cala Cala 1%, Qollpa Churu 1,5% y Anocariri 4
porciento.
Cuando por razones topográficas no sea posible diseñar sistemas con
funcionamiento por gravedad, se implementarán soluciones con bombeo. Sin
embargo estos casos incrementan los costos de producción, poniendo en riesgo
la sostenibilidad económica en el tiempo.
4.1.3. En relación al diseño de la técnica de captación de aguas
sub-superficiales, mediante galerías filtrantes
Es importante mencionar las diferencias que existen en cuanto al diseño de las
galerías filtrantes que fueron construidas en las cuatro comunidades, excepto el
de Capunuta que es muy similar al de Cala Cala.
En todo caso, estos diseños fueron elaborados tomando en cuenta
principalmente la presencia de materiales aluviales en los lechos de los ríos, los
mismos que presentan una alta conductividad hidráulica (permeabilidad).
Excepto Anocariri, las galerías fueron emplazadas a una profundidad promedio
de 3-4 m. Lo que quiere decir que la capa impermeable se encuentra a esta
profundidad. Por lo que no se advirtieron dificultades para emplazar las obras.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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En el caso de Anocariri la capa impermeable se encuentra a un promedio de 8-
10 m. Sin embargo el material de grava y arena permiten captar las aguas sub-
superficiales.
En los casos de Capunuta y Cala Cala, las galerías filtrantes que se
construyeron, pueden ser clasificadas como galerías propiamente dichas.
En el caso particular de Capunuta, en las cámaras de inspección también se
captaron aguas sub-superficiales, toda vez que en la excavación para el
colocado de las tuberías PVC de 12”, se pudo advertir la presencia de estas
aguas que venían en dirección perpendicular al eje de la zanja. Lo que se hizo
fue tomar estos flujos a través de barbacanas con su respectivo filtro.
En la experiencia de Cala Cala, el año 2011, en la época de estiaje, es decir en
los meses de septiembre y octubre, la galería registró una disminución
importante del caudal. Por esta razón los comunaríos construyeron un reservorio
de aproximadamente 250 m3 de capacidad, ubicado a 50 m aguas abajo del
inicio de la galería y a través de una bomba alimentaban la galería. La
construcción de este reservorio también se puede considerar como un tipo de
galería, como son las zanjas o trincheras.
Los diseños de las galerías filtrantes de Qollpa Churu y Anocariri, se pueden
clasificar como captaciones mixtas.
Por las características de las galerías filtrantes estudiadas, fue posible agrupar
en dos tipos. Las galerías propiamente dichas: Capunuta y Cala Cala, y
captaciones mixtas: Qollpa Churu y Anocariri.
También existen diferencias en cuanto al material utilizado. La sección
transversal de las galerías filtrantes de Qollpa Churu, es de muro de piedra. En
cambio en Capunuta y Cala Cala, es de muro de HoCo con barbacanas.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Cada uno de los muros tienen su particularidad, por ejemplo en el muro de
piedra ya no es necesaria la construcción de barbacanas, por cuanto las uniones
de piedras, al no ser uniformes, permiten el ingreso de las aguas sub-
superficiales. En cambio el muro de HoCo, necesita de barbacanas, por cuanto
sin éstas no es posible el ingreso de las aguas sub-superficiales.
Pese a la diferencias entre los muros, es necesario el colocado del filtro. El muro
de HoCo necesita un espesor mayor de filtro en relación al muro de piedra.
La captación de las aguas también depende de un buen filtro. Esto se logra con
el colocado de piedras, como una primera capa. Estas piedras tienen que estar
seguidas de una capa de grava de un diámetro mayor al diámetro de las
barbacanas.
El filtro es uno de los aspectos que se debe tomar muy en cuenta, sobre todo en
los muros de HoCo. Un filtro de espesor delgado y material de menor diámetro al
de las barbacanas, puede ocasionar que éstas se llenen de sedimentos y
consecuentemente el rendimiento de la galería baje considerablemente. Esta
situación se agravará si falta el mantenimiento de las barbacanas.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1. En relación a la caracterización de las experiencias de técnicas
de captación de aguas sub-superficiales, mediante galerías
filtrantes
5.1.1. Conclusiones
Las galerías filtrantes, permite hacer uso eficiente y racional del agua en
un medio donde prevalece el escenario de “escases de agua”.
Estas obras permiten contar con este recurso agua durante gran parte del
año y conseguir hasta dos producciones anuales, principalmente especies
forrajeras.
Un adecuado diseño hidráulico y sobre todo un apropiado estudio de
identificación de acuíferos en el área del proyecto, éste tipo de obras de
captación en proyectos de micro riego en el Altiplano Central, serán sin
duda las futuras alternativas ingenieriles más óptimas y comunes para
combatir la escases del recurso agua.
Este tipo de obras, puede implementarse con la seguridad de obtener los
beneficios buscados siempre y cuando se asegure previamente la
existencia de acuíferos y sus caudales de oferta en época crítica.
Se requiere estudios adecuados, ejecutados por personal con experiencia
en hidrología e hidráulica, a fin de evitar inversiones que pudieran no
cumplir las expectativas buscadas.
No se cuenta con datos de impacto socioeconómico productivo, como
consecuencia de la implementación de las galerías filtrantes.
No se cuenta con un inventario de galerías filtrantes en el Altiplano
Central.
5.1.2. Recomendaciones
Realizar un estudio de impacto socioeconómico productivo de las galerías
filtrantes en el Altiplano Central.
Realizar un inventario de las galerías filtrantes en el Altiplano Central.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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5.2. En relación a los criterios básicos de elegibilidad, de modo que
permita la implementación de la técnica de captación de aguas
sub-superficiales, mediante galerías filtrantes
5.2.1. Conclusiones
Se debe implementar las galerías filtrantes siempre y cuando las aguas
superficiales del rio son temporales.
La presencia de bofedales en la zona, es un excelente indicador de la
existencia de aguas sub- superficiales. Aunque se debe contar con otros
indicadores que permitan corroborar la presencia de aguas sub-
superficiales.
Los bofedales no necesariamente se encuentran en los lechos de los ríos.
Las galerías filtrantes se deben ubicar necesariamente en dirección
perpendicular al flujo de las aguas sub-superficiales y no en dirección
perpendicular al flujo de aguas superficiales, salvo que el acuífero tenga
una recarga superficial.
Las galerías filtrantes se deben emplazar aguas arriba de las áreas de
riego, para posibilitar que los sistemas funcionen por efecto gravitacional.
Durante la prueba bombeo, también es posible observar la dirección de
las aguas sub-superficiales, sin embargo es necesario contar con otros
métodos prácticos para determinar dicha dirección.
5.2.2. Recomendaciones
Investigar otros indicadores naturales que permitan determinar la
presencia de aguas sub-superficiales.
Investigar métodos prácticos para determinar la dirección de flujos sub-
superficiales.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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5.3. En relación al diseño tipo, de la técnica de captación de aguas
sub-superficiales, mediante galerías filtrantes
5.3.1. Conclusiones
Para el diseño de las galerías filtrantes es valioso rescatar la información
o conocimiento local, que junto al conocimiento técnico, da lugar a
concebir una obra adaptada al medio, permitiendo su funcionalidad.
Los diseños de las galerías filtrantes experimentan cambios en función a
experiencias anteriores, propias o ajenas. Estos cambios posibilitan
mejorar el diseño y la construcción de galerías filtrantes futuras.
El diseño y tipo de la galería filtrante de Capunuta ofrece cualidades
importantes: Ej. Es más estable, por ser de estructura bóveda de HoCo,
altura 1,4 m; ancho 0,7 m. Es más eficiente, por la orientación
perpendicular al flujo sub-superficial, distancia entre barbacanas de 0,15
m, más el respectivo filtro y barbacanas en las cámaras de inspección.
La construcción de las cámaras de inicio y final de la galería filtrante de
Cala Cala, permite un adecuado mantenimiento del sistema.
Las galerías filtrantes tipo captaciones mixtas, como es caso de Qollpa
Churu y Anocariri, permiten interceptar la mayor cantidad de flujos sub-
superficiales.
No existe un diseño tipo de galerías filtrantes a partir de diferentes
experiencias.
No existe una propuesta técnica de captación de aguas sub-superficiales
mediante galerías filtrantes a partir de diferentes experiencias.
Recomendaciones
Formular un diseño tipo de galerías filtrantes a partir de diferentes
experiencias.
Elaborar una propuesta técnica de captación de aguas sub-superficiales
mediante galerías filtrantes a partir de diferentes experiencias.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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VI. PROPUESTA TÉCNICA DE CAPTACION DE AGUAS SUB-
SUPERFICIALES, MEDIANTE GALERIAS FILTRANTES
El presente trabajo, al recoger innumerables experiencias en cuanto a la
implementación de galerías filtrantes, sus bondades y debilidades, permite
establecer recomendaciones respecto a un diseño como propuesta técnica de
captación de aguas sub-superficiales, mediante galerías filtrantes.
Esta propuesta técnica de captación de aguas sub-superficiales, está orientada a
zonas con características altiplánicas como las de Patacamaya y
Machacamarca. Donde la precipitación anual oscila entre 250 a 300 mm y las
características de los ríos muestran caudales superficiales temporales de enero
a junio. Estos fenómenos típicos de la región, solo permiten la captación del
caudal sub-superficial.
La aplicación de este tipo de estructuras, todavía es desconocida en algunas
regiones de la zona, en la que la aplicación se constituye en una alternativa para
el desarrollo rural y una opción contra el cambio climático.
La propuesta presenta los siguientes puntos:
6.1. Reconocimiento de campo
Para realizar la implementación de esta estructura, primordialmente se debe
realizar un reconocimiento de la fuente de captación, verificando principalmente
a través de encuestas, entrevistas u observaciones la existencia de caudal sub-
superficial constante, el cual podrá ser alimentado de escurrimientos de ríos,
bofedales u otro.
Uno de los indicadores visibles para determinar la presencia de aguas sub-
superficiales son los bofedales. Si bien los bofedales indican la presencia de
aguas sub-superficiales, no excluyen la posibilidad de investigar la presencia de
aguas en los lechos de los ríos, a través de excavación de pozos y posteriores
pruebas de bombeo.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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A pesar de constatar la presencia de aguas sub-superficiales a través de los
bofedales y por excavaciones de pozos en los lechos de los ríos, es necesario
conocer la hidrología de la cuenca, donde se recargan los acuíferos mediante las
lluvias.
Es muy importante conocer que estos bofedales tengan afloramientos de agua
en épocas de estiaje. Será un error pronosticar la presencia de aguas sub-
superficiales a través de bofedales en época de lluvias.
6.2. Pruebas de bombeo
Existen varios métodos para determinar la existencia de niveles de caudal sub-
superficial, sin embargo un método fácil, simple y barato para profundidades
menores a los 2,50 m es la prueba de bombeo.
Existen varios métodos para determinar el caudal de recuperación, una
propuesta simple en la excavación de 3 pozos separados por una distancia de 3
a 5 m. Posteriormente se realiza el bombeo del primer pozo hasta dejarlo
completamente seco, tomando datos de profundidad en el pozo bombeado como
en los demás pozos, en los cuales se medirá la profundidad de abatimiento,
donde se realizará la medición del tiempo de recuperación del pozo.
Las pruebas de bombeo necesariamente deben ser efectuadas en época de
estiaje y de ninguna manera en período de lluvias.
6.3. Determinación de la dirección del flujo sub-superficial
Para el emplazamiento de las galerías respecto al eje del río, es importante
verificar la dirección del flujo sub-superficial, ya que ésta debe estar ubicada
perpendicularmente al flujo sub-superficial y no al flujo superficial, salvo que la
alimentación de la fuente sea por escurrimiento superficial.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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94
Este trabajo se debe realizar en la etapa de la prueba de bombeo o en su
defecto en el inicio de la excavación y construcción. Si por alguna razón se
hubiera determinado una mala orientación durante el estudio, el momento
definitivo para corregir esta orientación, es el momento del replanteo y
construcción.
Es imprescindible analizar la dirección del flujo de aguas sub-superficiales en
periodo de estiaje.
6.4. Selección del filtro y barbacanas
El filtro es de suma importancia dentro de las galerías filtrantes, un mal diseño
y/o mal criterio, provocará menor eficiencia de captación.
Para que un filtro funcione bien debe ser de agregado grueso, con un diámetro
superior al de las barbacanas, ubicadas aguas arriba de la galería, con un ancho
mínimo de 1 m y una capa posterior a ésta de grava y arena, de un diámetro
inferior a las barbacanas, con un ancho mínimo de 1 m. El filtro tiene una vida útil
de 15 a 25 años.
Al momento del seleccionado y colocado del filtro, es necesaria una estricta
supervisión por parte de la institución financiadora y los comunarios como control
social.
Normalmente lo que ocurre es que a la empresa que se encarga de la
construcción, muchas veces no le importa cumplir con las especificaciones
técnicas, para reducir los costos y aumentar sus utilidades.
El efecto de una mala selección y colocado del filtro, es la disminución de la
eficiencia de captación de aguas sub-superficiales. En el futuro esto producirá la
insostenibilidad. Entonces debe existir mucha intuición en el momento del
seleccionado y colocado del filtro.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Las barbacanas deben estar distribuidas en una estructura de muro de HoCo
aguas arriba. Estructura que no precisamente tiene mayor eficiencia de
captación de aguas sub-superficiales, en relación a una mampostería de piedra o
muro de piedra, sin embargo ésta es la que garantiza una estabilidad en cuanto
a la construcción.
6.5. Criterios técnicos para la fundación
Se debe fundar las galerías filtrantes sobre un estrato impermeable, pero de no
ser posible tal propuesta, se recomienda usar un muro del tipo tajamar que logre
alcanzar dicho estrato, de tal manera que permita la captación del flujo sub-
superficial y no escurra por debajo de la estructura.
El método más económico, pero de menor vida útil, es la colocación de una
geomembrana en la base aguas arriba de la galería.
En algunas regiones el descenso del nivel de agua hace que ésta se encuentre
por debajo de la base de la galería, por lo que es importante tomar en cuenta
este criterio.
6.6. Otros aportes de caudal
Los caudales de captación en la región altiplánica en periodos de estiaje no
superan los 30 l/s, los mismos que van disminuyendo por efectos de deshielo,
cambio climático y otros. En este sentido es importante considerar algunos otros
aportes de cuerpos de agua.
En el caso de una estructura tipo bóveda de HoCo en la parte superior, aguas
arriba, es posible incluir barbacanas, a fin de poder interceptar flujos sub-
superficiales y escurrimientos de alguna lluvia temporal en periodo de estiaje.
Estas estructuras se encuentran ubicadas aproximadamente de 2 a 4 m de
profundidad, las mismas que para salir a la superficie requieren de un tendido de
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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tubería y cámaras de inspección. En varios casos es posible incluir barbacanas
en estas cámaras a una altura considerable. De tal manera de permitir la
captación de aguas sub-superficiales, además ser un punto de inspección y
limpieza.
Si durante la excavación para el tendido de la tubería de aducción se advierte
flujos sub-superficiales, estos flujos también pueden ser captados a través de las
tuberías de infiltración, cubiertas por el respectivo filtro y ubicadas de forma
paralela a la tubería de aducción.
6.7. Diseño tipo de las galerías filtrantes
Para proyectos de riego se recomienda implementar galerías filtrantes tipo
captaciones mixtas. Esto significa fusionar la construcción de una galería
propiamente dicha, combinando los drenes con las captaciones verticales
(galería de estructura abovedada o bóveda, tubería de infiltración, aducción y
cámara de inspección), ver anexo 2.
Consideraciones, galerías filtrantes de estructura bóveda:
La longitud de la galería filtrante debe ser de 60 m, aunque dependerá de
la oferta del flujo sub-superficial.
El muro transversal aguas abajo debe ser de HoCo.
El muro transversal aguas arriba debe ser de HoCo con barbacanas de 2”
de diámetro o compatible con los caudales a captar, distribuidos en forma
tres bolillo.
La distancia entre barbacanas muro transversal aguas arriba debe ser de
0,15 m.
El piso debe ser de solado de piedra, siempre y cuando la galería este
emplazada en una capa firme e impermeable.
El piso debe ser de solado de hormigón, siempre y cuando la galería este
emplazada en una capa permeable.
La pendiente del piso debe ser 0,5%.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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La parte superior de la galería filtrante, aguas arriba debe ser de HoCo de
estructura bóveda, con barbacanas de 1 ½” de diámetro, distribuidos de
forma tres bolillo.
La distancia entre barbacanas, parte superior de la galería debe ser 0,25 m
horizontal y 0,15 m vertical.
La galería debe tener una cámara inicial y final, ambos deben ser de HoCo.
Las cámaras deben tener las escaleras fijadas al interior de la misma
estructura.
La tapa de la cámara puede ser metálica o losa.
Las dimensiones de la galería filtrante serán: longitud de 60 m, interior,
ancho de 0,8 m, altura 1,50 m y externo, ancho 1,3 m, altura 2,0 m.
Aunque esto depende fundamentalmente de la cantidad de agua a captar.
La sección transversal de la galería aguas arriba, debe estar cubierta de 3
capas de filtro; 1ra. capa de piedra (>2”˂4” de Φ), 2da. capa de piedra (˂2”
de Φ), y la 3ra. capa de grava (≤1” de Φ).
Cada capa de filtro debe ser de 1m de espesor.
Consideraciones, tubería de infiltración:
La tubería debe ser de material PVC de 12”.
En la parte superior de las tuberías, construir ranuradas o perforaciones
de ½” de diámetro. Distribuidas de forma tres bolillo.
La distancia entre ranuras debe ser de 0,10 m.
La tubería ranurada debe estar cubierta de material filtrante grueso (grava
>½”˂1” de Φ), material filtrante fino (grava ≤ ½”>¼” de Φ) y material de
rio.
El espesor del material filtrante debe ser de 0,5 m en cada caso.
La longitud de la tubería debe ser de 200 ml, aunque dependerá de la
oferta del flujo sub-superficial.
La pendiente de la tubería debe ser de 0,5%.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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Consideraciones, tubería de aducción:
Longitud de la tubería debe ser de 400 ml, aunque dependerá de la
pendiente del rio.
La tubería debe ser de material PVC de 12”.
Consideraciones, cámara de inspección:
La estructura debe ser de HoCo.
La tapa puede ser metálica o losa.
La cámara debe tener la escalera fijada al interior de la estructura.
En la parte inferior de la cámara se debe construir las barbacanas de 2”
de diámetro.
La distancia entre barbacanas debe ser 0,10 m.
Las barbacanas deben estar cubiertas por 3 capas de material filtrante;
1ra capa de piedra ((>2”˂4” de Φ), (˂2” de Φ), y la 3ra. capa de grava (≤1”
de Φ).
Cada capa de material filtrante debe ser de 0,5 m de espesor.
6.8. Presupuesto
El presupuesto de la propuesta asciende a Quinientos Veintiocho Mil Cuarenta y
Tres con 40/100 Bolivianos (Bs 528.043,40), equivalente a Setenta y Cinco Mil
Setecientos Cincuenta y Nueve con 45/100 Dólares Estadunidenses ($us
75.759,45), ver anexo 3.
6.9. Tiempo de ejecución
El tiempo de ejecución de la propuesta es de 6 meses.
Propuesta técnica para captación de aguas sub-superficiales mediante galerías filtrantes para proyectos de riego
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VII. BIBLIOGRAFIA
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Organización Panamericana de la Salud, Unidad de Apoyó Técnico para el
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Forestal-Ley de Riego No 2878. 2004. 140 p.
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Universidad Mayor de San Andrés, Facultad de Agronomía. La Paz-Bolivia. 20 p.
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JICA. Obras de toma y conducción en el altiplano, Diseño y construcción. 2010.
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LP/UT/ NO 064/2011, sobre galerías filtrantes. 2011. 4p.
Vásquez Villanueva, A., 2000. Manejo de cuencas alto andinas, Tomo 1. Perú.
516 p.
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SENARI. Informe final. Recopilación y sistematización de estudios e
investigaciones realizados sobre aguas subterráneas en la cuenca altiplánica.
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Wikipedia, la enciclopedia libre, 2008. Discusión, Galería Filtrantes. Consultado
el 5 de enero de 2011. Disponible en http://www.wikipedia.com.
ANEXO 1
FICHA DE EVALUACION EXPOST
GALERIAS FILTRANTES
Ficha de Evaluación Ex – Post de Sistemas de Riego a través de Galerías Filtrantes
Día Mes Año
Fecha de Evaluación:
IDENTIFICACIÓN
Nombre del proyecto
Nombre del evaluador
Personal entrevistado en la evaluación.
Nº NOMBRE COMUNIDAD CARGO
1
2
3
4
5
Naturaleza del proyecto
Mejoramiento Ampliación Rehabilitación Nuevo
Localización del proyecto Departamento: Cuenca de la fuente
de agua:
Provincia: Cuenca mayor inmediata*
Municipio : Cuenca principal*
Condición agroecológica: Altiplano ( ) Valles altos ( ) Chaco ( ) Valles mesotérmicos ( ) Llano ( )
Ubicación geográfica del área del proyecto
Desde Hasta
Grados Minutos Grados Minutos
Latitud
Longitud
Altitud m.s.n.m. m.s.n.m.
1. Infraestructura de Riego
1.1. Obras de captación
1.2. Croquis con las dimensiones de la Galería Filtrante
1.3. Profundidad de fundación de la galería filtrante
Características Profundidad (m)
Lecho del río a la clave de la galería
Lecho del río a la solera de la galería
Lecho del río a la capa impermeable
1.4. Dirección del emplazamiento de la galería con relación al eje del río …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……... 1.5. Características del filtro. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……...
Tipo Material de Construcción
Año de construcción Calidad de la obra
Estado de Mantenimiento
Galería Filtrante
1.6. Funcionamiento de las barbacanas y filtro. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……... 1.7. Flujos de agua que se verificaron al momento de realizar la excavación para el emplazamiento de la galería. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……... 1.8. Estanques, atajados, qhotañas, vijiñas, qochas y otros
Tipo Año de
Construcción Calidad de
la obra Estado de
mantenimiento Capacidad
máxima (m3)
Tipo:. (TC) Tierra Compactada (H) Hormigón (MP) Mampostería de Piedra Estado de Mantenimiento: (B)ueno, (R)egular, (M)alo
1.9. Obras de conducción / distribución
Tipo Presurizado (por tubería): (PP) Principal, (PS) Secundario, (PT) Terciario; (S) Sifón Material de Construcción: (T) Tierra, (HC) Hormigón Ciclópeo, (MP) Mampostería de Piedra. (P) PVC o polietileno, (M) Metal
1.10. Riesgos que afectan la infraestructura existente
Infraestructura Tipo de obra
Riesgo identificado
Grado de riesgo
Alto Medio Bajo
Galería Filtrante
Estanques y atajados
Conducción/distribución
Obras de arte Grado de Riesgo: Alto=Probabilidad de daños/pérdidas totales, Medio=Probabilidad de daños/pérdidas parciales, Bajo=Probabilidad de daños/pérdidas leves
2. Gestión del Sistema de Riego
2.1. Número de familias
Número de familias beneficiadas con proyecto
Número de familias beneficiadas en evaluación ex - post
Tipo Longitud (km)
Año de construc.
Material Construc.
Calidad de la obra
Estado de Mantenim.
Capacidad máxima (l/s)
2.2. Organización para la gestión del sistema de riego Asociación Comité Cooperativa Sindicato
OTB Capitanía Organización originaria
Otros
2.3. Derechos de agua según usos y costumbres
Modalidad de adquisición del derecho:
Afiliación Comunal Dotación Aporte
Herencia Prestación de servicio Otros
Derechos de agua asignados a: Persona Natural ( ) Persona Jurídica ( ) Terreno ( )
Número de familias usuarias con derechos al Sistema de Riego: ( )
2.4. Fuente compartida? Si No Con quién? (nombre) Acuerdo Conflictos (sí o no) Ubicación
Ubicación: (AR) Aguas Arriba (AB) Aguas Abajo ( F ) En la fuente
*Descripción del conflicto…………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………...
Cuenta con registro de derechos de agua? Si No
2.5. Distribución de agua
2.6. Mantenimiento Existe mantenimiento? Si ( ) No ( )
2.6. Mejoramiento de la calidad de Vida de la población beneficiaria con proyecto
Periodo Lluvioso (verano): Por turno: Frecuencia (días): Demanda Libre:
Periodo Seco (Invierno): Por turno: Frecuencia (días): Demanda Libre:
Mes Tipo de mantenimiento (Rutinario, de Emergencia, Preventivo)
Proyecto 0% - 20% 20% -40% 40% - 60% 60% - 80% 80% - 100%
3 Caudales de captación
Tipo Nombre Q (l/s) proyecto Q (l/s) evaluación
Lluvioso Seco Lluvioso Seco
Tipo de Toma: (R) Río, (V) Vertiente, (S) Subterránea
Riesgos que afectan la disponibilidad y calidad del agua en la fuente Nombre de la
Fuente Riesgos
Disminución del caudal
Contaminación Producción de
Sedimentos
Disminución del caudal. Valores posibles: (A) Alto, (M) Medio, (B) Bajo, (N) Ninguno Riesgo de Contaminación. Valores posibles: (A) Alto, (M) Medio, (B) Bajo, (N) Ninguno Producción de Sedimentos. Valores posibles: (E) Elevado, (M) Moderado, (B) Bajo, (N) Ninguno.
4. Zona de Riego 4.1. Área de riego
Concepto Área (ha) proyecto
Área (ha) evaluación
Ar Área Regable
Ara Área Media Anual Regada
4.2. Producción agropecuaria
Cultivos bajo riego con proyecto
Cultivos Área (ha)
Mes Siembra Mes Cosecha
Rendimiento (t/ha)
Cultivos bajo riego evaluación
Cultivos Área (ha)
Mes Siembra Mes Cosecha Rendimiento (t/ha)
4.3. Uso de Tecnología (en %)
Método de aplicación del riego:
Gravedad Aspersión Goteo
ANEXO 2
PLANOS DE LAS
GALERIAS FIILTRANTES TIPO
CAPTACIONES MIXTAS
ANEXO 3
PRESUPUESTO GENERAL Y
RESUMEN DE LAS
GALERIAS FIILTRANTES TIPO
CAPTACIONES MIXTAS
Presupuesto general: POR ÍTEMES Y MANO DE OBRA (Expresado en Bolivianos)
Propuesta: GALERIAS FILTRANTES TIPO CAPTACIONES MIXTAS
Responsable: HERNAN HUAYCHO PACAJES
Item Descripción Unidad Cantidad P. Unitario P.Total
> M01 - MODULO INSTALACIONES 713,17
1 INSTALACION DE FAENAS m² 1,00 599,81 599,81 2 LETRERO DE OBRAS pza 1,00 113,36 113,36
> M02 - MODULO GALERIA FILTRANTE DE ESTRUCTURA BOVEDA 227.724,40
3 REPLANTEO Y TRAZADO DE ESTRUCTURAS m² 483,56 6,12 2.959,39 4 EXCAVACION CON AGOTAMIENTO m³ 1.934,24 35,66 68.975,00 5 HºCº BASE (1:2:4) 50 % PIEDRA m³ 22,72 348,32 7.913,83 6 HºCº MUROS (1:2:4) 50 % PIEDRA m³ 62,48 473,20 29.565,54 7 BARBACANAS DE TUBERIA DE PVC DE 2" m 225,00 31,76 7.146,00 8 BARBACANAS DE TUBERIA DE P.V.C. 3/4" m 225,00 38,26 8.608,50 9 CAMA DE GRAVA DIAM. 1" m³ 68,22 102,10 6.965,26 10 CAMA DE GRAVA DIAM. 2" m³ 68,22 102,10 6.965,26 11 CAMA DE PIEDRA DIAM 2" A 4" m³ 68,22 134,80 9.196,06 12 RELLENO Y COMPACTADO C/MAQUINA m³ 967,12 26,36 25.493,28 13 RELLENO Y COMPACTADO C/TIERRA SELEC. m³ 967,12 55,77 53.936,28
> M03 - MODULO TUBERIAS DE INFILTRACION Y ADUCCION 204.299,11
14 REPLANTEO Y CONTROL DE LINEAS DE TUBERIA m 400,00 0,76 304,00 15 EXCAVACION DE TERRENO COMUN CON AGOTAMIENTO m³ 700,00 35,66 24.962,00 16 CAMA DE ARENA m³ 175,00 89,12 15.596,00 17 CAMA DE GRAVA DIAM. 1/2" A 1/4" m³ 25,03 110,14 2.756,80 18 CAMA DE GRAVA DE DIAM. 1/2" A 1" m³ 25,03 102,10 2.555,56 19 PROVISION Y TENDIDO DE TUBERIA DE ADC. PVC DE 12" ml 400,00 237,88 95.152,00 20 PROVISION Y TENDIDO TUBERIA INF. DE PVC DE 12" ml 200,00 234,82 46.964,00 21 RELLENO Y COMPACTADO DE TIERRA COMUN(MANUAL) m³ 125,00 16,53 2.066,25 22 RELLENO Y COMPACTADO C/TIERRA SELEC. PERMEABLE m³ 250,00 55,77 13.942,50
> M04 - MODULO CAMARA INICIAL Y FINAL (GALERIA FILTRANTE BOVEDA) 28.750,65
23 REPLANTEO Y TRAZADO m² 5,12 7,12 36,45 24 EXCAVACION DE TERRENO COMUN CON AGOTAMIENTO m³ 10,24 35,66 365,16 25 HORMIGON CICLOPEO (1:2:4) 50% PIEDRA m³ 8,96 374,53 3.355,79 26 REVOQUE DE CEMENTO INTERIOR m² 1,12 63,88 71,55 27 TAPA DE H° A° m³ 0,52 2.660,31 1.383,36 28 REJILLA METALICA m² 1,92 209,24 401,74 29 ESCALERILLA DE FE CORRUGADO DE 5/8" m³ 12,00 1.928,05 23.136,60
> M05 - MODULO CAMARA DE INSPECCION FORMA CIRCULAR 66.556,07
30 REPLANTEO Y TRAZADO m² 6,03 7,12 42,93 31 EXCAVACION DE TERRENO COMUN CON AGOTAMIENTO m³ 26,80 35,66 955,69 32 HORMIGON CICLOPEO (1:2:4)50% PIEDRA m³ 7,04 374,53 2.636,69 33 REVOQUE DE CEMENTO INTERIOR m² 1,76 63,88 112,43 34 TAPA METALICA m² 1,92 176,83 339,51 35 ESCALERILLA DE FE CORRUGADO DE 5/8" m³ 32,40 1.928,05 62.468,82
Total presupuesto (Bs) 528.043,40
Son: Quinientos Veintiocho Mil Cuarenta y Tres con 40/100 Bolivianos
Resumen presupuesto total: POR COMPONENTE (Expresado en Bolivianos y Dólares Estadounidenses)
Propuesta: GALERIAS FILTRANTES TIPO CAPTACIONES MIXTAS
Responsable: HERNAN HUAYCHO PACAJES t/c = 6.97
Componente Descripción P.Total (Bs) P.Total ($us)
1 GALERIA FILTRANTE DE ESTRUCTURA BOVEDA (60 m de longitud) 256.711,10 36830,86
2 TUBERIAS DE INFILTRACION Y ADUCCION (200 ml y 400 ml) 204.540,15 29345,79
3 CAMARA DE INSPECCION FORMA CIRCULAR (3u) 66.792,15 9582,80
Total presupuesto: 528.043,40 75759,45