III. DISEÑO De acuerdo con los datos obtenidos en los estudios antes citados, se procederá a efectuar el diseño de cada una de las estructuras integrantes de la obra, pudiendo servir como guía, las siguientes normas generales: Dr. Eduardo Arteaga Tovar a). Cortina Para pequeños almacenamientos, preferentemente: Cortinas de tierra compactada por: Adaptarse en la mayoría de los casos a las condiciones topográficas de la boquilla; Por su relativo bajo costo; Por la abundancia de materiales a distancias cortas de acarreo Flexibilidad estructural; Empleo de mínimo equipo de construcción; Fácil conservación, etc. se emplean Como una guía para el ante-proyecto de una cortina de este tipo: La experiencia ha demostrado que pueden emplearse en condiciones normales De acuerdo con su altura, las siguientes secciones se encuentran dentro de los límites seguros, establecidos desde el punto de vista de estabilidad: Bordo Tipo Secciones tipo de los bordos de almacenamiento Los estudios serán las bases para la construcción de los bordos, tales como: Bancos de préstamo elegidos Peso volumétrico seco mínimo Grado de humedad óptima Número de pasadas para una capa de espesor determinado con el equipo de compactación recomendado por los análisis que se efectuaron. Para este tipo de estudios se requiere el envío de las muestras al laboratorio de mecánica de suelos correspondiente, quien las procesará Enviar los resultados al departamento técnico encargado de su interpretación. Cuando las condiciones topográficas, geológicas, hidrológicas, no lo permitan o las limitaciones de materiales hagan prohibitivo el empleo de una cortina de tierra, podrá recurrirse a: Secciones de tipo mixto, formadas por un corazón impermeable de tierra y espaldones de enrocamiento Secciones base de concreto. de gravedad a mampostería o Ambos casos quedarán sujetos a la existencia de los materiales necesarios y a estudios más severos, bajo la supervisión de los departamentos técnicos respectivos. Para cortinas de mampostería, ( hasta 12.00 m de altura), la sección puede tener las siguientes características: Corona ancho; de 2.00 m de Paramento vertical aguas abajo de 2.50 m de altura y de este punto paramento inclinado aguas abajo con talud de 0.75:1; Paramento vertical aguas arriba de 5.00 m de altura y de este punto paramento inclinado aguas arriba con talud de 0.15:1. Toda cortina deberá considerarse desplantada, en terreno resistente e impermeable, ligándose perfectamente tanto en la zona del cauce como en las laderas, basándose en los sondeos practicados sobre el eje de la cortina. En caso de que la cimentación sea permeable: Se proyectarán dentellones o trincheras de material impermeable A la profundidad suficiente para llegar al nivel del estrato impermeable. b). Obra de excedencias Las fallas ocurridas mundialmente en presas de tierra se han debido de manera especial a la insuficiencia del vertedor de demasías Se tendrá especial cuidado en su diseño, del vertedor de demasías basado en la avenida máxima para el período de retorno de interés. La estructura queda anclada al terreno natural, alojándose en cualquiera de las laderas o en un puerto natural, pero jamás en el cuerpo de la cortina. Se emplearán dentellones de anclaje, de mampostería, cuya profundidad en ningún caso podrá ser menor de 1.00 m y espesor mínimo de 0.40 m. En los extremos de la cresta vertedora se colocarán muros de cabeza, debidamente anclados al terraplén por medio de dentellones laterales, cuya longitud mínima será de 1.50 m. La elevación de la cresta vertedora se fijará considerando la carga de trabajo a su máxima capacidad, adicionada de un bordo libre que nunca será menor a 0.75 m y se podrá aumentar de acuerdo con la importancia de la altura fijada a la cortina y la longitud del "fetch", cuando haya peligro de oleaje. La zona de descarga al pie del vertedor quedará protegida cuando menos con un zampeado. Se procurará que en el canal de descarga se controle el escurrimiento, encauzándolo debidamente y regulando la pendiente, pudiendo hacerse uso en casos especiales de estructuras disipadoras. Aspectos a considerarse en la selección del tipo de vertedor de demasías: Condiciones topográficas y geológicas. Del carácter del régimen de la corriente aprovechada. De la importancia de la obra, de los cultivos o construcciones localizadas aguas abajo. Materiales y presupuesto disponible. Cálculo del Vertedor tipo cimacio con perfil Creager: Sus coordenadas se calculan con la carga máxima, que nunca se considerará inferior a 1.00 metro, aunque esta dimensión calculada de acuerdo con la avenida máxima sea menor. La longitud de la cresta vertedora se calcula con la fórmula de Francis, con un coeficiente de descarga C=2 m1/2/seg. La altura mínima del vertedor sobre el nivel del piso será de 0.80 metros. Las condiciones restrictivas tan severas, que se señalan para la obra de excedencias en bordos de tierra, podrán modificarse a juicio del ingeniero, cuando se trate de estructuras de este tipo en presas de gravedad o derivadoras. c). Obra de toma El conducto de la obra se iniciará en un muro de cabeza. Generalmente de mampostería, cimentado sobre terreno firme. El paramento aguas arriba será vertical, los laterales y el de aguas abajo serán inclinados que garanticen su estabilidad. Operación de la toma: Se hará por medio de una compuerta deslizante accionada por un mecanismo elevador. Delante de la compuerta, sobre la mampostería se dejarán muescas especiales para colocar agujas de madera en caso de descompostura de la compuerta. El acceso al mecanismo elevador se recomienda se haga mediante un pedraplén colocado a mano. Características del conducto de la obra de toma: De concreto reforzado, precolado o colado en el lugar de la obra, con diámetro mínimo de 0.61 metros. Alojado preferentemente en una zanja abierta en el terreno natural, para evitar asentamientos. Con dentellones de concreto, con espaciamiento y dimensiones necesarias de acuerdo con la longitud mínima del recorrido de filtración dada por la fórmula de Bligh o por la de Lane. La descarga se hará en una caja de mampostería con altura necesaria para evitar el derramamiento del agua y de ella saldrá el canal o canales de riego. La descarga también se podrá hacer mediante transición reglada, ligando directamente el conducto con el canal de riego. Consideraciones en la obra de toma para bordos pequeños de hasta de 5.50 m de altura: Se puede diseñar la obra de toma con rejilla de protección aguas arriba, tubería de asbesto cemento hasta con diámetro máximo de 20.32 cm. (8") y válvula de operación. Factores esenciales en el diseño de la obra de toma: Su elevación en el lado aguas arriba queda obligada por la capacidad de azolves. Lado aguas abajo (descarga) queda ligada a la zona de riego. Debe evitarse que la obra de toma y el vertedor queden alojados en la misma margen. d). Canales Se calcularán por medio de la fórmula de Manning. Deben proyectarse con un gasto proporcional al área de riego que vayan a servir. Zonas de riego pequeñas requieren un caudal unitario de 3 l.p.s./ha. La pendiente dependerá del trazo y el coeficiente de rugosidad en tierra, se considerará de 0.030, pero si el canal es muy pequeño debe cambiarse a 0.035. Las condiciones geométricas se ajustarán en lo posible, a secciones tipo, de fácil construcción. Se proyectarán de modo que la superficie libre de agua quede 0.20 metros por encima del nivel natural del terreno. Colocar bordos de protección en ambas márgenes, tratando de obtener una sección compensada, o la sección tipo que más se acerque a ella. Los canales de conducción pueden proyectarse totalmente enterrados, ajustándolos a la sección tipo más conveniente. La sección que se elija, para canales de tierra, deberá adecuarse a una pendiente tal, que produzca velocidades entre 0.40 y 0.8 m/seg. Las estructuras requeridas se adoptarán a modelos tipo, en cuanto sea posible, y se someterán a una revisión muy cuidadosa por arte del departamento técnico respectivo. e). Obras de derivación Determinar el caudal a derivar Métodos de estimación del caudal: A) Considerar todos los factores agrológicos que intervienen. B) Se fija un gasto en proporción a la capacidad del depósito, teniendo en cuenta las condiciones hidrológicas de la región. En función del gasto necesario y de la pendiente escogida, de acuerdo con las condiciones geológicas y topográficas, se determinan las características geométricas e hidráulicas del canal de conducción o de riego, procurando siempre que sea posible, emplear secciones tipo. Consideraciones del método B: Se aplica la fórmula de vertedores ahogados. La bocatoma (de paso inferior o superior) necesita una carga para su funcionamiento. Para tener carga, la elevación de la cresta vertedora del dique será: = elevación del espejo del agua en el canal de derivación + carga necesaria que proporcione la velocidad de paso deseada a través de la bocatoma. La longitud del dique se fijará de acuerdo con el ancho disponible en el cauce del arroyo. La carga sobre la cresta se obtiene con la longitud seleccionada y con el gasto probable de la avenida máxima. Obra complementaria: Desarenador: invariablemente tendrá su eje normal al de la toma y con una elevación de la plantilla frente a la bocatoma que será cuando menos 60 cm más baja que la elevación de la parte inferior del conducto de la toma. Área de paso apropiada: se determina dividiendo el gasto máximo de extracción por la toma, entre una velocidad comprendida de 0.3 a 0.6 m/seg. En la sección que contiene a las compuertas desarenadoras, la velocidad de arrastre será de 3.0 a 6.0 m/seg y en el canal desarenador de 2.5 a 3.5 m/seg. Muros de encauce: * Su longitud depende de topografía y geología del terreno. la * Su altura depende del nivel de aguas máximas sobre la sección vertedora, más un bordo libre mínimo de 0.50 m. Cuando la finalidad de la obra sea de derivar aguas de una cuenca hacia otra: Deberán proyectarse orificios libres, sin compuertas en condiciones tales, que permitan la entrada del agua al canal en cualquier momento en que se produzca una avenida. En el caso en que los volúmenes de acarreos sean considerables, será conveniente preferir una bocatoma de tipo vertedor.