TAJAMARES

FACULTAD DE

AGRONOMIAUNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA

RIEGO EN CULTIVOS INTENSIVOS

BIBLIOGRAFIA

•BUREAU OF RECLAMATION (1966) Diseño de presas pequeñas. CompañíaEditorial Continental S.A. México.

•CHOW, V. T.; MAIDMENT, D. y MAYS, L. (1994) Hidrología aplicada. McGraw-Hill Interamericana S.A.

•DINAGUA (2011) Manual de diseño y construcción de pequeñas presas.www.mvotma.gub.uy/dinagua

•GARCÍA PETILLO, M. y CÁNEPA, P. (2008) Manual para el diseño y laconstrucción 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) Modeloprecipitación – escurrimiento de paso mensual. IMFIA, Facultad de Ingeniería.

•KOOLHAAS, M . (2003). Embalses agrícolas. Diseño y construcción. Ed. HemisferioSur.

Introducción

• Períodos de exceso y déficit

• ¿Qué es un tajamar?

• En Uruguay, condiciones favorables

Área de la cuenca de aporte de la obraA<4 hás 4 Has ≤

A < 40 Hás

40 Has ≤ A < 200 Has

200 Hás ≤A <500 Has

500 Has ≤A < 1000 has

1000 Has ≤A < 5000Has

5000 Has ≤ A <15000 Has

A ≥15000 Has

ALTURA

H < 3 m V < 12.000 m3 = Tajamar chico12.000 m3 ≤ V < 120.000 m3 = Tajamar Mediano

V ≥ 120.000 m3 = Tajamar Grande

3 m≤ H < 5

Tajamar Chico

Tajamar Mediano

Tajamar Grande

V < 120.000 m3 = Tajamar Grande

120.000 m3 ≤ V < 600.000 m3 = Represa ChicaV≥ 600.000 m3 = Represa Mediana

5 m≤ H <15 m

V < 120.000 m3 = Tajamar Grande

Represa Chica

Represa Mediana

Represa Grande

Represa Grande II

H ≥ 15m V ≥ 120.000 m3 = Represa Chica Represa Grande II

Represa Grande III

Las obras se clasifican en función de los parámetro s A, H y V donde:

A = Area de la cuenca de aporte a la obra; H =Altur a de la obra; V = Volumen máximo embalsable de agu a

CLASIFICACIÓN DE EMBALSESMINISTERIO DE TRANSPORTE Y OBRAS PUBLICAS

DIRECCIÓN NACIONAL DE HIDROGRAFÍA

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

- 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

UBICACIÓN DE LOS TAJAMARES

Eficiencia = Vol. agua almacenada (m3)Vol. de tierra a mover (m3)

CORTE LONGITUDINAL

CORTE TRANSVERSAL

Análisis de tajamares

010

2030

405060

7080

90100

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000Volumen almacenado (m3*103)

Efic

ien

cia

Análisis de tajamares

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Volumen almacenado (m3*103)

Efic

ien

cia

Análisis de tajamares

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 3 6 9 12Area cuenca/área cultivo

Vol

. al

mac

. (m

m h

a cu

ltivo

-1)

III

II

IV

Análisis de tajamares

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Fre

cuen

cia

50 150 250 350 450 550

Escurrimiento (mm ha-1)

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

Altura de la cortina para el Volumen Útil

30

30 29 28 27 26 25 24 24 25 26 27 28 29

Cota ÁreaSemisuma de áreas

sucesivas (m2)Intervalo

vertical (m)

Volúmenes

Parciales (m3) Acumulados (m3)

24.50 0 0 0 0 0

25.00

25.50

26.00

26.50

27.00

27.50

28.00

1500 750 0.50 375 375

3500 2500 0.50 1250 16258000 5750 0.50 2875 4500

15000 11500 0.50 5750 1025032000 23500 0.50 11750 22000

45000 38500 0.50 19250 4125057000 51000 0.50 25500 66750

CURVAS ALTURA/AREA-VOLUMEN

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000

m3/m2

altu

ra(m

)

AREA

VOLUMEN

Volumen a almacenar

Precipitación Evaporación

Evaporación = Eo x 0.7

Riego = Demanda de riego

Escurrimiento = Temez

Precip itac ión (P)

Excedente (T) P - T

Sue lo (H ( H m ax ))

Evapo transp iración (ETR)

In filtrac ión (I ( I m ax ))

A lm acenam iento Sub te rráneo

(V )

Aporte Superfic ia l ( A sup )

Aporte S u b te rráneo ( A sub )

Esco rrentia Tota l (A T )

Balance Hídrico – Modelo Precipitación–Escurrimiento de paso Mensual

oiiii

oiii PsiP

PoiP

PPT ⟩

−+−=

2

)( 2

δ

Ti = 0 si Pi ≤ Poi

Máxima cantidad de agua que puede no participar del escurrimiento

δi = HMax – Hi-1 + ETP HMax = CAD * AD

Precipitación mínima para que exista escurrimiento

Poi = CPo (HMax – Hi-1)

Balance Hídrico – Modelo Precipitación – Escurrimiento de paso Mensual

Humedad del suelo al final del mes

H i = MAX ( 0; Hi-1 + Pi – Ti – ETPi )

Evapotranspiración real

ETRi = min(ETPi; H i-1 +Pi – Ti,)

Infiltración al almacenamiento subterraneo

maxmax IT

TII

i

ii +

=

21 **

t

it

ii eIeVVα

α−

−− +=

ti

tii etIeQQ αα α

−

+= −− ****1

Calibración del modelo en Uruguay(12 cuencas):

CAD: 0.916CP0 = 0.30∝ = 2.325IMAX = 386ETP Penman = 1.38* ETP Thornthwaite

A sup i= Ti – I i Escorrentía superficial

A subi = V i-1 - Vi + I i Aporte subterráneo

A Ti = A sup i + A sub i Escurrimiento Total

Volumen de almacenamiento subterraneo

Datos necesarios para la aplicación del modelo

• Pi: Precipitación en la cuenca (mm/mes)

• AC: Superficie de la cuenca de aporte (há)

• ETPm: Evapotranspiración media mensual (mm/mes)

• ETPi: Ciclo anual medio de ETP (mm/mes)

• AD: Agua Disponible de los suelos (mm)

Isolíneas de evapotranspiración media anual (ETPm , mm/mes)y ciclo anual medio de evapotranspiración (ETPi/ETPm).

Coeficiente de distribución del ciclo anualEne 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

Unidad Cartográfica de Suelos (escala 1:1.000.000)

GrupoAgua Disp.

(mm)Unidad Cartográfica de

SuelosGrupo

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

Agua disponible en los suelos del Uruguay

Unidad Cartográfica de Suelos (escala 1:1.000.000)

GrupoAgua Disp. (mm)

Unidad Cartográfica de Suelos

GrupoAgua Disp.

(mm)

Cañada Nieto CñN D 146,4 Río Tacuarembó RT D 161,0

Capilla de Farruco CF B/D 35,4 Risso Ri D 150,6

Carapé Ca B 41,5 Rivera Rv B 179,6

Carpintería Cpt D 139,0 Salto St D 107,2

Cebollatí Cb C 167,6 San Carlos SC C 78,0

Cerro Chato 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

Cuch. de Haedo – Pº de Los Toros 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

Ecilda Paullier - Las Brujas EP-LB C 136,7 Tacuarembó Ta C 168,4

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

Unidad Cartográfica de Suelos (escala 1:1.000.000)

Grupo

Agua Disp. (mm)

Unidad Cartográfica de Suelos

Grupo

Agua Disp. (mm)

El Ceibo EC D 78,6 Tala - Rodríguez Tl-Rd C/D 130,9

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 seriehistórica usandoel programa Balance de untajamar.xls

A los efectos de seguir un ejemplo, asumimos que se precisaalmacenar 52.500 m3, que corresponden a una altura (MRE) de3.35 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

Descarga de fondo

Filtro Máximo remanso estático

Aliviadero de mínimas

Compuerta

Anclaje

collarines

Vertedero de máx.

Descarga de fondo

Aliviadero de mínimas

ELIMINACION DE LOS EXCESOS

Descarga de fondo

Filtro Máximo remanso estático

Aliviadero de mínimas

Anclaje

Vertedero de máx.Aliviadero de mínimas “d”

CÁLCULO DE LA DISTANCIA “d”

ESCURRIMIENTO DE 10 mm

Vol.Esc.= 0.010 m x 360000 m2 = 3600 m3

Volumen total = 52500 +3600 = 56100 m3

ESCURRIMIENTO DE 20 mm

Vol.Esc. = 0.020 m x 360000 m2 = 7200 m3

Volumen total = 52500 +7200 = 59700 m3

MÉTODO HIDROLÓGICO

CURVAS ALTURA/AREA-VOLUMEN

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000

m3/m2

altu

ra(m

)

AREA

VOLUMEN

52500

3,35

56100

3,44

El fondo del vertedero de máximas se ubica a la altura de 3.44 m

CÁLCULO DE LA DISTANCIA “d”

ESCURRIMIENTO DE 10 mm

Vol.Esc.= 0.010 m x 360000 m2 = 3600 m3

Volumen total = 52500 +3600 = 56100 m3

Altura correspondiente3.44 m

d = 3.44 – 3.35 =0.09 m

ESCURRIMIENTO DE 20 mm

Vol.Esc. = 0.020 m x 360000 m2 = 7200 m3

Volumen total = 52500 +7200 = 59700 m3

Altura correspondiente 3.51 m

d = 3.51 – 3.35 = 0.16 m

MÉTODO HIDROLÓGICO

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

3600)2A(mI(m/h).C.

/s)3(mQMAX =

CuencaArea

IVxNCLPendiente

∑=..

L.C.N. = Longitud de las curvas de nivel (m)I.V. = intervalo vertical (m) entre las curvas de nivelArea de la cuenca (m2)

Período de Retorno (T)

(1/vu)r)(11

1T

−−=

T = Período de retornor = Riesgo asumidovu = Vida útil de la obra

Coeficiente C: Para obtener el coeficiente de escorrentía“C” de tablas, es necesario estimar la pendiente de lacuenca y fijar el período de retorno a utilizar

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 – 12.2050 – 100

1.2. Presa mediana 1.250 - 61. 650 12.20 - 30.50 100 - +

1.3. Presa grande 61.650 - + 30.50 - + E.L.V.

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

Pastizales

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

Bosques

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

Fuente: Chow, V.T., 1994. Hidrología aplicada. Los valoresson los utilizados en Austin, Texas.

Tormenta de diseño Es la máximaintensidadde lluvia (I) para una duraciónigual al tiempode concentración(Tc) dela cuenca, para undeterminadoperíodode 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 - +

Flujo concentrado

Canales naturales mal definidos 0 - 0.61 0.61 - 1.22 1.22 - 2.13 2.13 - +

Canales naturales bien definidos Calcular por fórmulas

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

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

Coeficiente K del método del SCS

Tiempo de concentración totalTc = Tiempo en la cuenca + tiempo en el lago

Onda de tránsito en el tajamar

gHV =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)

Curvas Intensidad, Duración, Frecuencia (IDF)

Tcxmax

Qx4810esc

V =

Vesc= m3

Qmáx= m3/sTc = horas

Volumen total de escorrentía

3600)2A(mI(m/h).C.

/s)3(mQMAX =

Caudal pico de escorrentía

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 escurrimientoCaracterísticas 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

Pastizales

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

Bosques

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

Tiempo de concentraciónVelocidad 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 - +

Flujo concentrado

Canales naturales mal definidos 0 - 0.61 0.61 - 1.22 1.22 - 2.13 2.13 - +

Canales naturales bien definidos Calcular por fórmulas

775 m / 0.86 ms-1 = 901 s = 15 min = 0.25 h

Intensidad máxima de la lluvia

80 mm

50

1.3

0.25

0.33

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

P(d,Tr) = P(3,10) * CT(Tr) * CD(d)I (mm/h) = P(d,Tr) / d

Q = 0.45 * 0.137 m/h * 360.000 m2 / 3600

Qmáx = 6.165 m3/s= 6165 l/s

Vol total = 4810 * 6.165 * 0.25 = 7413.4m3

3600)2A(mI(m/h).C.

/s)3(mQMAX =

Tcxmax

Qx4810esc

V =

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

Uso del suelo o cubierta Método o tratamiento Condición hidrológicaGrupo hidrológico de suelo

A B C D

Barbecho Surco recto ________ 77 86 91 94

Cultivo en surcos

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

Grano pequeño

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

Leguminosas sembradas al voleo o pradera de rotación

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 tratamientoCondición hidrológica

Grupo hidrológico de suelo

A B C D

Pastizal o terreno de pastoreo

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

Pradera (permanente) Buena 30 58 71 78

Forestal (terrenos agrícolas con árboles)

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

Grupo de suelo

DescripciónRazón final de

infiltración (mm/h)

APotencial mínimo de escurrimiento. Incluye arenas profundas con muy poco limo y arcilla, y también rápidamente permeables

8 – 12

B Potencial de escurrimiento moderadamente bajo. La mayor parte sonsuelos arenosos menos profundos que en A, loess menos profundos omenos agregados que en A, pero el grupo como un todo tiene infiltraciónarriba del promedio después de una humectación completa.

4 - 8

C Potencial de escurrimiento moderadamente alto. Comprende suelospoco profundos y suelos que contienen gran cantidad de coloides yarcilla, aunque en menor grado que en los del grupo D. La infiltración eneste grupo es inferior al promedio después de la presaturación.

1 - 4

D Potencial de escurrimiento máximo. Incluye principalmente arcillas conun porcentaje alto de hinchazón, pero también algunos suelos someroscon sub-horizontes casi impermeables cerca de la superficie

0 - 1

Definición de los grupos de suelo

10xAcxS0.8P

S)0.2(P

escV

(TC12/7)

(TC12/7)2

+−

=

1. Volumen de escorrentía

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 curvaS = Retención máxima (mm)

2. Caudal máximo

)(0.8S/P(1.223

)(0.2S/P(1.2230.786q

(Tc)

2(Tc)

max +−

=

2Tc

max 10xAcxPxTc

q0.310Qmax

−=

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= 2.23hCD (2.23) = 0.88 CD (1.3) = 0.69 CT (50) = 1.3

P(2.23; 50) = 90*0.88*1.3 =103mmP(1.30;50) 90 * 0.69 * 1.3 = 81mm

V esc= (103 – 0.2 * 89)2 * 500 * 10 = 208353.62m3

(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

a

4h4h

h

a

t

Q = A x V 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)

SUPERFICIECONDICION DE LAS PAREDES

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

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

Velocidades máximas en suelos empastados

Caudal Específico

Ejemplos = 1% = 0.01n = 0.033s/n2 = 0.01/0.0332 = 9.2

9.2

E=0.32

Caudal Específico

Ejemplos = 1% = 0.01n = 0.033s/n2 = 0.01/0.0332 = 9.2

9.2

V<1.00.13

Vmax

H presa H revancha

E

Ht

HvHvB

Canal Vertedero

n

s

Hv

Ht

V max

E

Canal Vertedero

Laminado de la avenida extraordinaria

t

Qmax

Qv maxVL

VESC

Tb

Q

VL= V(HV + E) – V (Hv)

QV max = ( 1 – VL / Vesc) Q max

Hv : Cota de inicio de vertido (m)E : Lámina máxima de vertido (m)V(H) : Función de volumen de almacenamiento (m3)VL : Volumen laminado (m3 )Vesc: Volumen de escorrentía (m3 )Qmax : Caudal máximo de la avenida extraordinaria (m3 /s)Qvmax: 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

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000

m3/m2

altu

ra(m

)

AREA

VOLUMEN

65500

3,64

56100

3,44

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

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000

m3/m2

altu

ra(m

)

AREA

VOLUMEN

56100

3,443,54

61000

Caudal Específico

Ejemplos = 1% = 0.01n = 0.033s/n2 = 0.01/0.0332 = 9.2

9.2

V<<1.00.05

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

q

QvB max=

B = Ancho del vertedero (m)Qv max = Caudal vertido máximo (m3/s)q = Caudal específico por unidad de canal (m3/s/m)

Determinación del ancho del vertedero

B = 2.01 m3/s = 40.2m0.05 m3/s/m

Borde libreEl borde libre depende de la altura de la ola

Fórmula de Hawksley h(m) = 0.0138 x f1/2 (m)

cortina Espejo del lago

FETCH

2 * ho 1.5 * ho

Fetch BL normal BL mínimo

200 0.40 0.30

400 0.55 0.40

600 0.70 0.50

800 0.80 0.60

1000 0.90 0.65

1200 1.00 0.70

1400 1.20 0.90

1600 1.50 1.20

4000 1.80 1.50

8000 2.40 1.80

16100 3.00 2.10

Borde Libre recomendado en función del fetch

Unidad de Hidrología

Manual DINAGUA

300 0.35

Altura definitiva de la cortina

Vertedero de máximas

Máximo nivel dinámico h

Borde libre neto

Máximo remanso estático

d

Altura definitiva de la cortina

• Altura para el volumen útil (Máx. Rem. Estático) (surge deBalance 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 * 3 = 11.673.89 * 2 = 7.78

3.89 * 5 + 3.08 = 22.53

DENTELLON

1) Bureau of ReclamationW = H – d ∴ H = W + d

H - Carga de agua

W - Ancho del dentellón

d - Profundidad del dentellón

dw

H

2) Facultad de Ingeniería

2a. – Gradiente crítico

γd ≥ 3H γd - densidad del suelo seco imperturbado≅ (D. ap.)

γw L 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

0.75 m

3 m

5 – 6 m

Termina en una cota tal que nunca tenga más de 1.5 m de agua por encima

Eje de la cortinaCoronamiento

.1512

9 63

0

0,5 cota de toma

12

3 4 máximo nivel estático

5 máxima altura de cortina

4,5 máximo nivel dinámico

0,512

4,54 3

5

Dentellón

Volumen útil

Big

ote

Ve

rtedero

0

4

1

23

5

6

Toma

Máx. altura cortinaMNDNNE

1.50 m

Dentellón

Eje de la cortinaCoronamiento

.15

Eje de la cortinaCoronamiento

.1512

9 63

0

0,5 cota de toma

12

3 4 máximo nivel estático

5 máxima altura de cortina

4,5 máximo nivel dinámico

0,512

4,54 3

5

Dentellón

Volumen útil

Big

ote

Ve

rtedero

129 6

3

0

0,5 cota de toma

12

3 4 máximo nivel estático

5 máxima altura de cortina

4,5 máximo nivel dinámico

0,512

4,54 3

5

Dentellón

Volumen útil

Big

ote

Ve

rtedero

0

4

1

23

5

6

Toma

Máx. altura cortinaMNDNNE

1.50 m

Dentellón

CÁLCULO DEL VOLUMEN DE TIERRA

L

C

B

h

V = (B+C)/2 * h * L/3

1. Cálculo aproximado en el campo

2. Cálculo definitivo en gabinete

h3S3

V1 = S1 + S2 * d12

V. total= ∑ V. parciales

d3

S4

B

C

h4

d1 d2 d3 d4 d5

h1h2 h3 h4 h5

CÁLCULO DEL VOLUMEN DE TIERRA

CÁLCULO DEL VOLUMEN DE TIERRA

C

0.1 H

Después de la compactación

L

Volumen altura extra = L * C * (0,1 H) / 2

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

h

l

f

V = (l * h )/2 * f/3

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

Descarga de fondo

Vertedero de máximas Toma de agua

Bebedero

Canal natural

Filtro

Toma de agua para abrevadero o riego por gravedad

Vertedero demínimas

Descarga de fondoToma de agua

Vertedero de máximas

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

- Traílla agrícola (la más indicada)

- Motoniveladora

- Retroexcavadora

- Bulldozer

- Pala de buey

Maquinaria a utilizar

TALÓN DE IMPERMEABILIZACIÓN

Arena fina

Arena gruesa

Grava

h

Límite superior de las filtraciones

h/3

h

Límite superior de las filtraciones

Problemas constatados en represas

30

23

1110 10

98

64

32

0

5

10

15

20

25

30

35

Problemas

Nro

de

pre

sas

Total encuestadas

El efecto de las olas hasocavado el taludProblemas de infiltración

Deslizamiento de taludes

Falto riego en alguna zafra

Las olas han afectado elcoronamiento de la represaSocavación en el vertedero

Agua a la salida de la toma

Fisuras en la represa

Fue sobrepasada algunavezDificultades en la operaciónde la compuerta

Resumen

• Selección de un pluviómetro representativo de la cuenca y obtenciónde por lo menos los últimos 30 años de registros mensuales de lluvia.

• Caracterización de la demanda mensual de agua, por ejemplopara uncultivo, a través del consumo por hectárea y por mes, área sembrada yeficiencia del sistema de riego.

• Selección del tanque evaporímetro representativo del embalse.

• Determinación del volumen mensual de escurrimiento de la cuenca deaporte (Método de Temez). Es necesario determinar el Aguadisponible de los suelos de acuerdo al tipo de suelo.

• Determinar el grado de cumplimiento de la demanda a través de unbalance hídrico en el embalse, caracterizado éste por las cotas de tomay de vertido.

1. Dimensiones del embalse

Resumen

• Determinación del tiempo de concentración de la cuenca.

• Determinación del período de retorno que caracteriza laavenida extraordinaria que se utiliza para diseñar la obra devertido (50 años).

2. Dimensiones del vertedero canal y altura de la represa

Resumen

1. Fijar un mojón como cota de referencia fuera de la obra.2. Marcar el eje de la cortina3. Hacer cateos a lo largo del eje y en el vaso del lago4. Marcar la planta de la cortina. En cada punto (C/2+3H)

hacia aguas arriba y (C/2+2H) hacia aguas abajo.5. Desmontar dicha planta, hasta toda la profundidad del

horizonte A. (15–30 cm)6. Excavar el dentellón de anclaje.7. Volcar el material arcilloso a lo largo del eje de la cortina.

3. Construcción del tajamar(1)

Resumen

9. Determinar las zonas de préstamo. Deben estar cerca de la cortina,preferentemente dentro del vaso del lago (si el cateo muestra queasí se puede hacer), pero contra las orillas y no en las zonas másprofundas del mismo.

10. Se levanta la cortina aplicando capas finas (10-15 cm),esparciéndolas y compactándolas. Se rellena el dentellón conmaterial pesado, los materiales más porosos se vuelcan al pie decortina. Se tratará de utilizar el material más arcilloso para elnúcleo en el eje de la cortina.

11. El material de excavación para el(los) vertedero(s) de máxima, seutilizará para la cortina y el bigote.

12. Se termina con el coronamiento 10% más alto en el centro que enlas puntas.

13. Se vuelca el material vegetal sobre la cortina

3. Construcción del tajamar(2)

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”