TAJAMARES RIEGO EN CULTIVOS INTENSIVOS FACULTAD DE AGRONOMIA UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA BIBLIOGRAFIA •BUREAU OF RECLAMATION (1966) Editorial Continental S.A. México. Diseño de presas pequeñas. Compañía •CHOW, V. T.; MAIDMENT, D. y MAYS, L. (1994) Hidrología aplicada. McGrawHill Interamericana S.A. •DINAGUA (2011) Manual de www.mvotma.gub.uy/dinagua diseño y construcción de pequeñas presas. •GARCÍA PETILLO, M. y CÁNEPA, P. (2008) Manual para el diseño y la construcción de tajamares de aguada. Proyecto Producción Responsable. •GARCÍA PETILLO, M. Balance de un tajamar-Riego. www.fagro.edu.uy/ dptos/ suelos/ hidrología •GENTA, J.L.; CHARBONIER, F.; FAILACHE, N. y ALONSO, J. (2003) Modelo precipitación – escurrimiento de paso mensual. IMFIA, Facultad de Ingeniería. •KOOLHAAS, M. (2003). Embalses agrícolas. Diseño y construcción. Ed. Hemisferio Sur. Introducción • Períodos de exceso y déficit • ¿Qué es un tajamar? • En Uruguay, condiciones favorables CLASIFICACIÓN DE EMBALSES MINISTERIO DE TRANSPORTE Y OBRAS PUBLICAS DIRECCIÓN NACIONAL DE HIDROGRAFÍA Área de la cuenca de aporte de la obra A<4 hás A L T U R A 4 Has ≤ A < 40 Hás 200 Hás ≤ A <500 Has 500 Has ≤ A < 1000 has 1000 Has ≤ A< 5000Has 5000 Has ≤A <15000 Has A≥ 15000 Has V < 12.000 m3 = Tajamar chico 12.000 m3 ≤ V < 120.000 m3 = Tajamar Mediano V ≥ 120.000 m3 = Tajamar Grande H<3m 3 m≤ H <5 40 Has ≤ A < 200 Has Tajamar Chico Tajamar Mediano Tajamar Grande V < 120.000 m3 = Tajamar Grande 120.000 m3 ≤ V < 600.000 m3 = Represa Chica V≥ 600.000 m3 = Represa Mediana 5 m≤ H <15 m V < 120.000 m3 = Tajamar Grande H ≥ 15m V ≥ 120.000 m3 = Represa Chica Represa Chica Represa Mediana Represa Grande Represa Grande II Represa Grande II Las obras se clasifican en función de los parámetros A, H y V donde: A = Area de la cuenca de aporte a la obra; H =Altura de la obra; V = Volumen máximo embalsable de agua Represa Grande III Altura y volumen de las presas uruguayas según los criterios del ICOLD (International Comission on Large Dams) Movimiento de tierra (m3) según cultivo Área de la cuenca (há) según cultivo APTITUD DE DIFERENTES REGIONES DEL PAIS PARA CONSTRUIR TAJAMARES Agua Subterránea Agua Superficial UBICACIÓN DE LOS TAJAMARES Eficiencia = Vol. agua almacenada (m3) Vol. de tierra a mover (m3) - Alta eficiencia - Dos laderas próximas - Línea de aproximación con baja pendiente - Tierra adecuada cerca de la obra - Cerca de la chacra a regar o el potrero - No hacerlo al pie de chacras erosionadas - No aprovechar cárcavas activas - Conservación de suelos en la cuenca CORTE LONGITUDINAL CORTE TRANSVERSAL Análisis de tajamares Eficiencia 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 Volumen almacenado (m 3*103) 12000 14000 16000 Análisis de tajamares 40 35 Eficiencia 30 25 20 15 10 5 0 0 500 1000 1500 2000 Volumen almacenado (m 3*103) 2500 3000 Análisis de tajamares 1600 Vol. almac. (mm ha cultivo-1) 1400 1200 1000 II 800 600 III IV 400 200 0 0 3 6 Area cuenca/área cultivo 9 12 Análisis de tajamares 18 16 Frecuencia 14 12 10 8 6 4 2 0 50 150 250 350 Escurrimiento (mm ha-1) 450 550 Altura de la cortina para el Volumen Útil Se miden las áreas parciales con planímetro polar o plantilla de puntos. Volumen parcial = Área 1 + Área 2 x I.V. 2 Volumen total = Σ Volumenes parciales 30 30 29 28 27 26 25 24 24 25 26 27 28 Cota Área 29 Volúmenes Semisuma de áreas sucesivas (m2) Intervalo vertical (m) Parciales (m3) Acumulados (m3) 0 0 0 24.50 0 0 25.00 1500 750 0.50 375 375 25.50 3500 8000 15000 32000 2500 5750 11500 23500 0.50 0.50 0.50 0.50 1250 2875 5750 11750 1625 4500 10250 22000 45000 57000 38500 51000 0.50 0.50 19250 25500 41250 66750 26.00 26.50 27.00 27.50 28.00 CURVAS ALTURA/AREA-VOLUMEN 4 3,5 altura(m) 3 2,5 2 1,5 AREA 1 VOLUMEN 0,5 0 0 10000 20000 30000 40000 m3/m2 50000 60000 70000 80000 Volumen a almacenar Precipitación Evaporación Evaporación = Eo x 0.7 Riego = Demanda de riego Escurrimiento = Temez Balance Hídrico – Modelo Precipitación–Escurrimiento de paso Mensual P r e c ip ita c ió n ( P ) E v a p o tr a n s p ir a c ió n ( E T R ) E x c e d e n te (T ) P - T S u e lo ( H ( H m a x )) A p o r te S u p e r fic ia l ( A su p) E s c o r r e n tia T o ta l ( A T ) In filtr a c ió n (I ( I m a x ) ) A p o r te S u b te r r á n e o (A sub) A lm a c e n a m ie n to S u b te r r á n e o (V ) Balance Hídrico – Modelo Precipitación – Escurrimiento de paso Mensual Ti = 0 ( Pi − Poi ) 2 Ti = Pi + δ i − 2 Poi si Pi ≤ Poi siPi 〉 Poi Máxima cantidad de agua que puede no participar del escurrimiento δi = HMax – Hi-1 + ETPi HMax = CAD * AD Precipitación mínima para que exista escurrimiento Poi = CPo (HMax – Hi-1) Humedad del suelo al final del mes Hi = MAX ( 0; Hi-1 + Pi – Ti – ETPi ) Evapotranspiración real ETRi = min(ETPi; Hi-1 +Pi – Ti,) Infiltración al almacenamiento subterraneo I i = I max Ti Ti + I max A sup i= Ti – Ii A subi = V i-1 - Vi + Ii Escorrentía superficial A Ti = A sup i + A sub i Escurrimiento Total V i = V i −1 * e − α t + I i * e Qi = Qi −1 * e −αt Aporte subterráneo −αt 2 Volumen de almacenamiento subterraneo + α *I i*t * e αt − Calibración del modelo en Uruguay(12 cuencas): CAD: 0.916 CP0 = 0.30 ∝ = 2.325 IMAX = 386 ETP Penman = 1.38* ETP Thornthwaite Datos necesarios para la aplicación del modelo • • • • • Pi: Precipitación en la cuenca AC: Superficie de la cuenca de aporte ETPm: Evapotranspiración media mensual ETPi: Ciclo anual medio de ETP AD: Agua Disponible de los suelos (mm/mes) (há) (mm/mes) (mm/mes) (mm) Isolíneas de evapotranspiración media anual (ETPm , mm/mes) y ciclo anual medio de evapotranspiración (ETPi/ETPm). Coeficiente de distribución del ciclo anual Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic 1.88 1.45 1.19 0.73 0.44 0.29 0.35 0.55 0.78 1.12 1.47 1.78 Agua disponible en los suelos del Uruguay Unidad Cartográfica de Suelos (escala 1:1.000.000) Grupo Agua Disp. (mm) Unidad Cartográfica de Suelos Grupo Agua Disp. (mm) Alférez AF C 124,7 Lechiguana Le D 113,3 Algorta Al C/D 123,7 Libertad Li C 146,7 Andresito An B 63,7 Los Mimbres LM C 100,1 Angostura Ag A/D 155,1 Manuel Oribe MO C 145,8 Aparicio Saravia AS C 139,7 Masoller Ma C 52,1 Arapey Ay D 136,8 Montecoral Mc D 84,7 Arroyo Blanco AB C 101,0 Palleros Pll C/D 116,5 Arroyo Hospital AH C 86,1 Paso Cohelo PC D 147,4 Bacacuá Ba B 97,1 Paso Palmar PP B 88,2 Balneario Jaureguiberry BJ A 134,5 Pueblo del Barro PB D 131,6 Bañado de Farrapos BF D 178,7 Puntas de Herrera PdH C 85,8 Bañado de Oro BO C 89,0 Queguay Chico QCh D 32,7 Baygorria By C 110,5 Rincón de la Urbana RU C 131,1 Bellaco Bc D 146,2 Rincón de Ramirez RR D 73,3 Béquelo Bq C 138,2 Rincón de Zamora RZ B/C 148,3 Blanquillo Bl C 114,6 Río Branco RB D 102,0 Segunda Aproximación. Mayo de 2001, J.H. Molfino; A. Califra, División Suelos y Aguas, Dirección General de Recursos Naturales Renovables, Ministerio de Ganadería, Agricultura y Pesca Grupo Agua Disp. (mm) Unidad Cartográfica de Suelos CñN D 146,4 Río Tacuarembó Capilla de Farruco CF B/D 35,4 Carapé Ca B Carpintería Cpt Cebollatí Unidad Cartográfica de Suelos (escala 1:1.000.000) Grupo Agua Disp. (mm) RT D 161,0 Risso Ri D 150,6 41,5 Rivera Rv B 179,6 D 139,0 Salto St D 107,2 Cb C 167,6 San Carlos SC C 78,0 CCh B 78,6 San Gabriel - Guaycurú SG-G B 92,4 Colonia Palma CP C 108,9 San Jacinto SJc D 83,1 Constitución Ct A 73,6 San Jorge Sjo D 141,2 Cuaró Cr D 93,2 San Luis SL D 176,2 Cuchilla Caraguatá Cca C 71,2 San Manuel SM C 117,3 Cuchilla Corrales Cco C 160,6 San Ramón SR D 152,7 CH-PT D 21,5 Santa Clara SCl B 63,6 Cuchilla del Corralito CC C/D 119,8 Sarandí de Tejera SdT B/C 50,0 Cuchilla Mangueras CM C 150,2 Sierra de Aiguá SAg D 42,6 Cuchilla Santa Ana CSA C 51,8 Sierra de Animas SA B 50,1 Curtina Cu D 55,2 Sierra de Mahoma SMh B 43,9 Chapicuy CH B 100,1 Sierra Polanco SP B/C 73,0 EP-LB C 136,7 Tacuarembó Ta C 168,4 Cañada Nieto Cerro Chato Cuch. de Haedo – Pº de Los Toros Ecilda Paullier - Las Brujas Segunda Aproximación. Mayo de 2001, J.H. Molfino; A. Califra, División Suelos y Aguas, Dirección General de Recursos Naturales Renovables, Ministerio de Ganadería, Agricultura y Pesca Unidad Cartográfica de Suelos (escala 1:1.000.000) Gru po Agua Disp. (mm) Unidad Cartográfica de Suelos Gru po Agua Disp. (mm) Tl-Rd C/D 130,9 El Ceibo EC D 78,6 Tala - Rodríguez El Palmito Epa C 142,3 Toledo Tol C 118,7 Espinillar Ep C 141,0 Tres Bocas TB C 110,8 Fraile Muerto FM C 133,4 Tres Cerros TC B/C 85,1 Fray Bentos FB C 115,4 Tres Islas TI B 96,6 India Muerta Imu D 171,1 Tres Puentes TP B/C 103,4 Isla Mala IM C 102,1 Trinidad Tr C/D 148,4 Islas del Uruguay IU D 183,0 Valle Aiguá VA C 102,8 Itapebí -Tres Árboles I-TA D 124,2 Valle Fuentes VF C 131,4 José Pedro Varela JPV C 87,2 Vergara Ve D 117,1 Kiyú Ky C/D 154,7 Villa Soriano VS C 173,3 La Carolina LC C/D 156,1 Yí Yi B/C 71,0 La Charqueada LCh D 95,2 Young Yg C 145,0 Laguna Merín Lme D 169,3 Zapallar Zp C 153,2 Las Toscas LT B 177,5 Zapicán Za C 84,8 Lascano La D 126,4 Segunda Aproximación. Mayo de 2001, J.H. Molfino; A. Califra, División Suelos y Aguas, Dirección General de Recursos Naturales Renovables, Ministerio de Ganadería, Agricultura y Pesca Este balance se corre para una serie histórica usando el programa Balance de un tajamar.xls A los efectos de seguir un ejemplo, asumimos que se precisa almacenar 52.500 m3, que corresponden a una altura (MRE) de 3.35 m • Con ese tajamar • Con 36 has de cuenca • Para regar 11 has de papa por surcos (ef 60%) • Probabilidad de déficit 5.26% • Volumen máximo 52500 m3 • Altura máxima 3.35 m ELIMINACION DE LOS EXCESOS Filtro Descarga de fondo collarines Máximo remanso estático Aliviadero de mínimas Compuerta Anclaje Vertedero de máx. Aliviadero de mínimas Descarga de fondo ELIMINACION DE LOS EXCESOS ELIMINACION DE LOS EXCESOS Filtro Descarga de fondo Máximo remanso estático Aliviadero de mínimas Anclaje Aliviadero de mínimas Vertedero de máx. “d” CÁLCULO DE LA DISTANCIA “d” MÉTODO EMPÍRICO d(cm) = 5.08 x área de la cuenca /área del lago Ejemplo: Área cuenca – 36 hás Área lago – 4.41 hás d= 5.08 x 360000/44100 = 41 cm CÁLCULO DE LA DISTANCIA “d” MÉTODO HIDROLÓGICO ESCURRIMIENTO DE 10 mm ESCURRIMIENTO DE 20 mm Vol.Esc.= 0.010 m x 360000 m2 = 3600 m3 Vol.Esc. = 0.020 m x 360000 m2 = 7200 m3 Volumen total = 52500 +3600 = 56100 m3 Volumen total = 52500 +7200 = 59700 m3 El fondo del vertedero de máximas se ubica a la altura de 3.44 m CURVAS ALTURA/AREA-VOLUMEN 4 3,5 altura(m) 3,44 3,35 3 2,5 2 1,5 AREA 1 VOLUMEN 0,5 0 0 10000 20000 30000 40000 m3/m2 50000 52500 60000 56100 70000 80000 CÁLCULO DE LA DISTANCIA “d” MÉTODO HIDROLÓGICO ESCURRIMIENTO DE 10 mm ESCURRIMIENTO DE 20 mm Vol.Esc.= 0.010 m x 360000 m2 = 3600 m3 Vol.Esc. = 0.020 m x 360000 m2 = 7200 m3 Volumen total = 52500 +3600 = 56100 m3 Volumen total = 52500 +7200 = 59700 m3 Altura correspondiente 3.44 m Altura correspondiente 3.51 m d = 3.44 – 3.35 = 0.09 m d = 3.51 – 3.35 = 0.16 m 4. Predicción del escurrimiento 4.1. Caudal pico de escurrimiento Selección del método de cálculo • Si TdeC < 20’ Método Racional • Si TdeC > 20’ y Ac > 400 há Método S.C.S. • Si TdeC > 20’ y Ac < 400 há Ambos métodos Método Racional (C.E.Ramser, 1927) •Conceptos básicos •Supuestos en que se basa 2) C. I(m/h). A(m Q MAX (m 3 /s) = 3600 Coeficiente C: Para obtener el coeficiente de escorrentía “C” de tablas, es necesario estimar la pendiente de la cuenca y fijar el período de retorno a utilizar Pendiente = ∑ L.C .N x IV Area Cuenca L.C.N. = Longitud de las curvas de nivel (m) I.V. = intervalo vertical (m) entre las curvas de nivel Area de la cuenca (m2) Período de Retorno (T) 1 T= 1 − (1 − r) (1/vu) T = Período de retorno r = Riesgo asumido vu = Vida útil de la obra Criterios de diseño generalizado para estructuras de control de agua (Período de Retorno) 1. Presas con poca probabilidad de pérdida de vidas Vol (m3* 10) Altura (m) P.R. (años) 1.1. Presa pequeña 60 - 1.250 7.60 – 12.20 50 – 100 1.2. Presa mediana 1.250 - 61. 650 12.20 - 30.50 100 - + 61.650 - + 30.50 - + E.L.V. 1.3. Presa grande 2. Alcantarillas 5 – 10 3. Drenaje agrícola 5 – 50 Fuente: adaptados de Chow, V.T., Hidrología Aplicada Período de Retorno Para tajamares y presas de menos de 5 m de altura: Tr = 50 años Fuente: DINAGUA – Manual para diseño y construcción de pequeñas presas Coeficientes de escorrentía “C” para ser usados en el Método Racional. Características de la superficie Período de retorno (años) 2 5 10 25 50 100 500 Area de cultivos Plano, 0-2% 0.31 0.34 0.36 0.40 0.43 0.47 0.57 Promedio, 2-7% 0.35 0.38 0.41 0.44 0.48 0.51 0.60 Pendiente, superior a 7% 0.39 0.42 0.44 0.48 0.51 0.54 0.61 Plano, 0-2% 0.25 0.28 0.30 0.34 0.37 0.41 0.53 Promedio, 2-7% 0.33 0.36 0.38 0.42 0.45 0.49 0.58 Pendiente, superior a 7% 0.37 0.40 0.40 0.46 0.49 0.53 0.60 Plano, 0-2% 0.22 0.25 0.28 0.31 0.35 0.39 0.48 Promedio, 2-7% 0.31 0.34 0.36 0.40 0.43 0.47 0.56 Pendiente, superior a 7% 0.35 0.39 0.41 0.45 0.48 0.52 0.58 Pastizales Bosques Fuente: Chow, V.T., 1994. Hidrología aplicada. Los valores son los utilizados en Austin, Texas. Tormenta de diseño Es la máxima intensidad de lluvia (I) para una duración igual al tiempo de concentración (Tc) de la cuenca, para un determinado período de retorno (T) TIEMPO DE CONCENTRACIÓN 1. Método de V. T. Chow Velocidad del agua en función de la cobertura y la pendiente Condiciones de la superficie Pendiente (%) 0-3 4-7 8 – 11 12 - + Flujo no concentrado Bosques 0 - 0.46 0.46 - 0.76 0.76 - 0.99 0.99 - + Pasturas 0 - 0.76 0.76 - 1.07 1.07 - 1.30 1.30 - + Cultivos 0 - 0.91 0.91 - 1.37 1.37 - 1.67 1.67 - + Pavimentos 0 - 2.59 2.59 - 4.11 4.11 - 5.18 5.18 - + Canales naturales mal definidos 0 - 0.61 0.61 - 1.22 1.22 - 2.13 2.13 - + Canales naturales bien definidos Calcular por fórmulas Flujo concentrado Tc = D / V 2.1 Método de Ramser y Kirpich (para flujo concentrado) Tc = 0.0195 L 0.77 S -0.385 Tc - tiempo de concentración (minutos) L - longitud hidráulica de la cuenca en (m) (mayor trayectoria de flujo) S - pendiente (m/m) 2.2 Método del S.C.S. (para flujo no concentrado) Tc = 0.91134 * ∑ (L k (S-0.5)) Tc - tiempo de concentración (horas) L - longitud hidráulica de la cuenca en (Km) (mayor trayectoria de flujo) S - pendiente (%) K - coeficiente de cobertura del suelo Coeficiente K del método del SCS Cobertura del suelo K Bosques con espeso mantillo sobre el suelo 3.953 Barbecho de hojarasca o cultivos de mínimo laboreo 2.020 Pasturas 1.414 Cultivos en línea recta 1.111 Suelo prácticamente desnudo y sin arar 1.000 Vías de agua empastadas 0.666 Área impermeable 0.500 Onda de tránsito en el tajamar V = gH donde: V - Velocidad de la onda en el tajamar (m/s) g - Aceleración de la gravedad (9.81 m/s2) H - Profundidad media del tajamar (m) Tiempo de concentración total Tc = Tiempo en la cuenca + tiempo en el lago Curvas Intensidad, Duración, Frecuencia (IDF) Caudal pico de escorrentía 2) C. I(m/h). A(m Q MAX (m 3 /s) = 3600 Volumen total de escorrentía V = 4810 x Q x Tc esc max Vesc = m3 Qmáx= m3/s Tc = horas Ejemplo • • • • • Área de la cuenca: 36 has Pendiente promedio: 5% Cobertura del suelo: pasturas naturales Máximo recorrido del flujo: 775 m Ubicación: Noreste Canelones Coeficiente C de escurrimiento Características de la superficie Período de retorno (años) 2 5 10 25 50 100 500 Plano, 0-2% 0.31 0.34 0.36 0.40 0.43 0.47 0.57 Promedio, 2-7% 0.35 0.38 0.41 0.44 0.48 0.51 0.60 Pendiente, superior a 7% 0.39 0.42 0.44 0.48 0.51 0.54 0.61 Plano, 0-2% 0.25 0.28 0.30 0.34 0.37 0.41 0.53 Promedio, 2-7% 0.33 0.36 0.38 0.42 0.45 0.49 0.58 Pendiente, superior a 7% 0.37 0.40 0.40 0.46 Plano, 0-2% 0.22 0.25 0.28 0.31 0.35 0.39 0.48 Promedio, 2-7% 0.31 0.34 0.36 0.40 0.43 0.47 0.56 Pendiente, superior a 7% 0.35 0.39 0.41 Area de cultivos Pastizales 0.49 0.53 0.60 Bosques 0.45 0.48 0.52 0.58 Tiempo de concentración Velocidad del agua en función de la cobertura y la pendiente Condiciones de la superficie Pendiente (%) 0-3 4-7 8 –11 12 - + Bosques 0 - 0.46 0.46 - 0.76 0.76 - 0.99 0.99 - + Pasturas 0 - 0.76 0.76 - 1.07 1.07 - 1.30 1.30 - + Cultivos 0 - 0.91 0.91 - 1.37 1.37 - 1.67 1.67 - + Pavimentos 0 - 2.59 2.59 - 4.11 4.11 - 5.18 5.18 - + Canales naturales mal definidos 0 - 0.61 0.61 - 1.22 1.22 - 2.13 2.13 - + Canales naturales bien definidos Calcular por fórmulas Flujo no concentrado Flujo concentrado 775 m / 0.86 ms-1 = 901 s = 15 min = 0.25 h Intensidad máxima de la lluvia 80 mm 1.3 50 0.33 0.25 P(d,Tr) = P(3,10) * CT(Tr) * CD(d) I (mm/h) = P(d,Tr) / d P(0.25,50) = 80 * 1.3 * 0.33 = 34,3 mm I = 34.3 / 0.25 h = 137 mm/h = 0.137 m/h 2) C. I(m/h). A(m 3 Q MAX (m /s) = 3600 Q = 0.45 * 0.137 m/h * 360.000 m2 / 3600 Qmáx = 6.165 m3/s = 6165 l/s V = 4810 x Q x Tc esc max Vol total = 4810 * 6.165 * 0.25 = 7413.4 m3 Método del S.C.S. Números de las curvas de escurrimiento para complejos hidrológicos cubierta- suelo para antecedentes de condiciones de lluvia e Ia =0.2S Grupo hidrológico de suelo Uso del suelo o cubierta Barbecho Cultivo en surcos Grano pequeño Leguminosas sembradas al voleo o pradera de rotación Método o tratamiento Condición hidrológica A B C D Surco recto ________ 77 86 91 94 Surco recto Deficiente 72 81 88 91 Surco recto Buena 67 78 85 89 Cultivo en contorno Deficiente 70 79 84 88 Cultivo en contorno Buena 65 75 82 86 Terraza Deficiente 66 74 80 82 Terraza Buena 62 71 78 81 Surco recto Deficiente 65 76 84 88 Surco recto Buena 63 75 83 87 Cultivo en contorno Deficiente 63 74 82 85 Cultivo en contorno Buena 61 73 81 84 Terraza Deficiente 61 72 79 82 Terraza Buena 59 70 78 81 Surco recto Deficiente 66 77 85 89 Surco recto Buena 58 72 81 85 Cultivo en contorno Deficiente 64 75 83 85 Cultivo en contorno Buena 55 69 78 83 Terraza Deficiente 63 73 80 83 Terraza Buena 51 67 76 80 Uso del suelo o cubierta Método o tratamiento Condición hidrológica Grupo hidrológico de suelo A B C D Deficiente 68 79 86 89 Regular 49 69 79 84 Buena 39 61 74 80 Cultivo en contorno Deficiente 47 67 81 88 Cultivo en contorno Regular 25 59 75 83 Cultivo en contorno Buena 6 35 70 79 Buena 30 58 71 78 Deficiente 45 66 77 83 Regular 36 60 73 79 Buena 25 55 70 77 Granjas 59 74 82 86 Carreteras y derecho de vía (superficie dura) 74 84 90 92 Pastizal o terreno de pastoreo Pradera (permanente) Forestal (terrenos agrícolas con árboles) Definición de los grupos de suelo Grupo de suelo A Descripción Potencial mínimo de escurrimiento. Incluye arenas profundas con muy poco limo y arcilla, y también rápidamente permeables Razón final de infiltración (mm/h) 8 – 12 B Potencial de escurrimiento moderadamente bajo. La mayor parte son suelos arenosos menos profundos que en A, loess menos profundos o menos agregados que en A, pero el grupo como un todo tiene infiltración arriba del promedio después de una humectación completa. 4-8 C Potencial de escurrimiento moderadamente alto. Comprende suelos poco profundos y suelos que contienen gran cantidad de coloides y arcilla, aunque en menor grado que en los del grupo D. La infiltración en este grupo es inferior al promedio después de la presaturación. 1-4 D Potencial de escurrimiento máximo. Incluye principalmente arcillas con un porcentaje alto de hinchazón, pero también algunos suelos someros con sub-horizontes casi impermeables cerca de la superficie 0-1 1. Volumen de escorrentía (P(TC12/7) − 0.2 S) 2 V = x Ac x 10 esc P(TC12/7) + 0.8 S S =(25400 / NC) -254 P(Tc 12/7) = precipitación con d = Tc x 12/7 (mm) V esc = Volumen escurrido (m3) Ac = Área de la cuenca (há) NC = Número de curva S = Retención máxima (mm) 2. Caudal máximo q max = 0.786 Q max (1.223 − (0.2S/P(Tc) ) 2 (1.223 + (0.8S/P(Tc) ) q max = 0.310 x PTc x Ac x 10 − 2 Tc q max = caudal unitario específico (m3/s/mm/ha) Q max = Caudal máximo (m3/s) P(Tc) = Precipitación con d = Tc (mm) Tc = Tiempo de concentración (horas) EJEMPLO DE CALCULO DE QMax y Vesc UBICACIÓN – Paysandú AREA: 500 hás VEGETACIÓN: pasturas TC: 1.3 h TIPO DE SUELO: C NC = 74 S = (25400/74)- 254 = 89 TC * 12/7 = 1.3 * 12/7= 2.23h CD (2.23) = 0.88 CD (1.3) = 0.69 CT (50) = 1.3 P(2.23; 50) = 90*0.88*1.3 =103mm P(1.30;50) 90 * 0.69 * 1.3 = 81mm V esc = (103 – 0.2 * 89)2 * 500 * 10 = 208353.62 m3 (103 + 0.8*89) qmax = 0.786 * ( 1.223 – (0.2*89/81)2 = 0.439 m3/s/mm/há 1.223 + (0.8 * 89 / 81) Qmax = 0.310 * 0.439/1.3 *81 * 500/100 = 42.40 m3/s Dimensionamiento del vertedero de máximas b 4h a 4h h t a Q=AxV A = Q /V Fórmula de Manning V(m/s) = 1/n x R 2/3 x s 1/2 s = ((V x n)/R2/3) 2 VALORES DE “n” FORMULAS DE MANNING Y KUTTER (Seleccionados de King, H.W., 1954) CONDICION DE LAS PAREDES SUPERFICIE BUENA REGULAR MALA En tierra, rectos y uniformes 0.020 0.0225 0.025 * En roca, lisos y uniformes 0.030 0.033 * 0.035 En roca, con salientes, sinuosos 0.040 0.045 Sinuosos de escurrimiento lento 0.025 * 0.0275 0.030 Dragados en tierra 0.0275 * 0.030 0.033 Lecho pedr, bord. tierra y maleza 0.030 0.035 * 0.040 Plantilla de tierra, taludes ásperos 0.030 * 0.033 * 0.035 * Valores corrientemente usados en la práctica Determinación del caudal específico (q) en el canal vertedero Velocidades máximas en suelos empastados Cubierta vegetal Velocidad (m/s) Escasa < 1,0 Por siembra 1,0 – 1,2 Variable 1,2 – 1,5 Bien establecida 1,5 – 1,8 Caudal Específico Ejemplo s = 1% = 0.01 n = 0.033 s/n2 = 0.01/0.0332 = 9.2 E=0.32 9.2 Caudal Específico Ejemplo s = 1% = 0.01 n = 0.033 s/n2 = 0.01/0.0332 = 9.2 0.13 V<1.0 9.2 Laminado de la avenida extraordinaria Canal Vertedero Hv E n V s max Ht H presa H revancha E Hv Hv B Vmax Canal Vertedero Ht Q Qmax VL Qv max VESC Tb t VL= V(HV + E) – V (Hv) QV max = ( 1 – VL / Vesc ) Q max Hv : E : V(H) : VL : Vesc : Qmax : Qvmax: Cota de inicio de vertido (m) Lámina máxima de vertido (m) Función de volumen de almacenamiento (m3) Volumen laminado (m3 ) Volumen de escorrentía (m3 ) Caudal máximo de la avenida extraordinaria (m3 /s) Caudal máximo vertido (m3 /s) Cálculo del caudal vertido VL= V(HV + E) – V (Hv) VL= V(3.44 + 0.2) – V (3.44Hv) CURVAS ALTURA/AREA-VOLUMEN 4 3,64 3,5 3,44 altura(m) 3 2,5 2 1,5 AREA 1 VOLUMEN 0,5 0 0 10000 20000 30000 40000 m3/m2 50000 56100 60000 70000 65500 80000 Cálculo del caudal vertido VL= V(HV + E) – V (Hv) VL= V(3.44+0.20) – V (3.44Hv) VL= 65.500 – 56.100 = 9.400 m3 QV max = ( 1 – VL / Vesc ) Q max QV max = ( 1 – 9.400 / 7413.4 ) * 6.165 = -1.65 Se debe recalcular utilizando un valor menor de “E”, p.ej. 0.10 m CURVAS ALTURA/AREA-VOLUMEN 4 3,5 3,54 3,44 altura(m) 3 2,5 2 1,5 AREA 1 VOLUMEN 0,5 0 0 10000 20000 30000 40000 m3/m2 50000 56100 60000 61000 70000 80000 Caudal Específico Ejemplo s = 1% = 0.01 n = 0.033 s/n2 = 0.01/0.0332 = 9.2 V<<1.0 0.05 9.2 Recálculo del caudal vertido VL= 61.000 – 56.100 = 4.900 m3 QV max = ( 1 – 4.900 / 7413.4 ) * 6.165 = 2.01 m3/s Determinación del ancho del vertedero B = Qv B = Ancho del vertedero (m) Qv max = Caudal vertido máximo (m3/s) q = Caudal específico por unidad de canal (m3/s/m) max q B= 2.01 m3/s = 40.2 m 0.05 m3/s/m Borde libre El borde libre depende de la altura de la ola Fórmula de Hawksley h(m) = 0.0138 x f1/2 (m) Espejo del lago cortina FETCH Borde Libre recomendado en función del fetch 300 Fetch 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 4000 8000 16100 2 * ho BL normal 0.40 0.55 0.70 0.80 0.90 1.00 1.20 1.50 1.80 2.40 3.00 1.5 * ho BL mínimo 0.30 0.40 0.35 0.50 0.60 0.65 0.70 0.90 1.20 1.50 1.80 2.10 Unidad de Hidrología Manual DINAGUA Altura definitiva de la cortina Borde libre neto h Máximo nivel dinámico d Máximo remanso estático Vertedero de máximas Altura definitiva de la cortina • Altura para el volumen útil (Máx. Rem. Estático) (surge de Balance del tajamar.xls) • Distancia "d" entre vertederos de mínima y de máxima. • Tirante “h” o “E” (Máximo Nivel Dinámico) • Borde libre neto o revancha En el ejemplo: 3.35 + 0.09 + 0.10 + 0.35 = 3.89 m ANCHO DE CORONAMIENTO Ancho mínimo C= 1.1 √H + 0.91 C fijo C en función de H C = 1.1 * √3.89 + 0.91 = 3.08 m RELACIÓN DE TALUDES C 2:1 3:1 Corte transversal (en la máxima altura) 3.08 3.89 3.89 * 2 = 7.78 3.89 * 3 = 11.67 3.89 * 5 + 3.08 = 22.53 DENTELLON H d w 1) Bureau of Reclamation W=H–d ∴ H=W+d H - Carga de agua W - Ancho del dentellón d - Profundidad del dentellón 2) Facultad de Ingeniería 2a. – Gradiente crítico γd ≥ 3H γw L γd - densidad del suelo seco imperturbado ≅ (D. ap.) γw - densidad del agua (1) H - carga L - longitud que recorre el flujo 2b. – Longitud equivalente LV + 1/3 LH ≥ C * H LV – Longitud vertical LH – Longitud horizontal C - Coeficiente depende del tipo de suelo. (arcilloso C = 2 a 3) Medidas del dentellón – recomendación empírica 5–6m 3m 0.75 m Termina en una cota tal que nunca tenga más de 1.5 m de agua por encima .15 12 3 Coronamiento Bigote Vertedero Eje de la cortina 9 6 Dentellón 5 máxima altura de cortina 5 4,5 0 4 3 2 1 0,5 4,5 máximo nivel dinámico 0,5 1 cota de toma 2 3 4 máximo nivel estático Volumen útil 6 Máx. altura cortina MND NNE Dentellón Toma 5 1.50 m 4 3 2 1 0 CÁLCULO DEL VOLUMEN DE TIERRA 1. Cálculo aproximado en el campo L h B C V = (B+C)/2 * h * L/3 CÁLCULO DEL VOLUMEN DE TIERRA 2. Cálculo definitivo en gabinete d1 d2 d3 h1 h2 h3 d4 h4 d5 h5 h4 S3 S4 h3 d3 B C V1 = S1 + S2 * d1 2 V. total= ∑ V. parciales CÁLCULO DEL VOLUMEN DE TIERRA Volumen altura extra = L * C * (0,1 H) / 2 Después de la compactación 0.1 H C L CÁLCULO DEL VOLUMEN DE TIERRA • Volumen total V. Desmonte V. Dentellón V. Terraplén V. Vertedero(*) V. 10 % altura extra CÁLCULO DEL VOLUMEN DE AGUA Cálculo aproximado en el campo f V = (l * h )/2 * f/3 h l Obras accesorias -Descarga de fondo: - Obras grandes - Limpieza - 200 - 250 mm ø (se calcula por fórmulas) - collarines de mampostería - compuerta - debilita la estructura -Toma de agua - Bebederos, no al acceso directo - 1m del fondo, con filtro - 1 - 1.5"ø (se calcula por fórmulas) - collarines de goma Toma de agua para abrevadero o riego por gravedad Vertedero de mínimas Vertedero de máximas Toma de agua Descarga de fondo Descarga de fondo Vertedero de máximas Filtro Toma de agua Bebedero Canal natural Filtros - Tanque de 200 l con grava lata de 5 l con malla Alambrados Contaminación del agua con heces Pisoteo Cortinas de árboles - Perpendiculares a los vientos dominantes - efecto del oleaje Orillas empastadas - Filtrado de materiales en suspensión de la escorrentía Maquinaria a utilizar - Traílla agrícola (la más indicada) - Motoniveladora - Retroexcavadora - Bulldozer - Pala de buey TALÓN DE IMPERMEABILIZACIÓN Límite superior de las filtraciones h h/3 h Límite superior de las filtraciones Arena fina Arena gruesa Grava Problemas constatados en represas Total encuestadas 35 El efecto de las olas ha socavado el talud Problemas de infiltración 30 30 Nro de presas 25 23 Deslizamiento de taludes Falto riego en alguna zafra 20 Las olas han afectado el coronamiento de la represa Socavación en el vertedero 15 11 10 10 10 9 8 Agua a la salida de la toma 6 4 5 0 Proble mas 3 2 Fisuras en la represa Fue sobrepasada alguna vez Dificultades en la operación de la compuerta Resumen 1. Dimensiones del embalse • Selección de un pluviómetro representativo de la cuenca y obtención de por lo menos los últimos 30 años de registros mensuales de lluvia. • Caracterización de la demanda mensual de agua, por ejemplo para un cultivo, a través del consumo por hectárea y por mes, área sembrada y eficiencia del sistema de riego. • Selección del tanque evaporímetro representativo del embalse. • Determinación del volumen mensual de escurrimiento de la cuenca de aporte (Método de Temez). Es necesario determinar el Agua disponible de los suelos de acuerdo al tipo de suelo. • Determinar el grado de cumplimiento de la demanda a través de un balance hídrico en el embalse, caracterizado éste por las cotas de toma y de vertido. Resumen 2. Dimensiones del vertedero canal y altura de la represa • Determinación del tiempo de concentración de la cuenca. • Determinación del período de retorno que caracteriza la avenida extraordinaria que se utiliza para diseñar la obra de vertido (50 años). Resumen 3. Construcción del tajamar(1) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Fijar un mojón como cota de referencia fuera de la obra. Marcar el eje de la cortina Hacer cateos a lo largo del eje y en el vaso del lago Marcar la planta de la cortina. En cada punto (C/2+3H) hacia aguas arriba y (C/2+2H) hacia aguas abajo. Desmontar dicha planta, hasta toda la profundidad del horizonte A. (15–30 cm) Excavar el dentellón de anclaje. Volcar el material arcilloso a lo largo del eje de la cortina. Resumen 3. Construcción del tajamar(2) 9. 10. 11. 12. 13. Determinar las zonas de préstamo. Deben estar cerca de la cortina, preferentemente dentro del vaso del lago (si el cateo muestra que así se puede hacer), pero contra las orillas y no en las zonas más profundas del mismo. Se levanta la cortina aplicando capas finas (20-30 cm), esparciéndolas y compactándolas. Se rellena el dentellón con material pesado, los materiales más porosos se vuelcan al pie de cortina. Se tratará de utilizar el material más arcilloso para el núcleo en el eje de la cortina. El material de excavación para el(los) vertedero(s) de máxima, se utilizará para la cortina y el bigote. Se termina con el coronamiento 10% más alto en el centro que en las puntas. Se vuelca el material vegetal sobre la cortina Zona de préstamo de la obra Obra de toma Zona: Palomas, departamento de Salto. Cuenca: 130 ha Volumen: 350.000 m3 Destino: Riego de 30 ha de arroz Vertedero diseñado: 50 m Vertedero construido: 20 m Motivo: “Se hizo en el 2005 y como venía lloviendo poco no se preocuparon por terminarla. Aparte, los últimos 3 años no se llenaba” Zona: Afluente arroyo Mandiyú, Artigas. Destino: Riego de 40 ha de arroz Cuenca: Muy grande Motivo: “Se rompió en el 2008 porque el vertedero era insuficiente, pero no se reparó porque un vertedero adecuado era excesivamente caro”