TAJAMARES
RIEGO EN CULTIVOS INTENSIVOS
FACULTAD DE
AGRONOMIAUNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA
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/dinaguawww.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• 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
ALTUR
H < 3 m V < 12.000 m3 = Tajamar chico12.000 m3 ≤ V < 120.000 m3 = Tajamar Mediano
V ≥ 120.000 m3 = Tajamar Grande
CLASIFICACIÓN DE EMBALSESMINISTERIO DE TRANSPORTE Y OBRAS PUBLICAS
DIRECCIÓN NACIONAL DE HIDROGRAFÍA
RA 3 m≤ H
< 5Tajamar 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
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 SuperficialAgua Superficial
- Alta eficiencia- Dos laderas próximas- Línea de aproximación con baja pendiente
UBICACIÓN DE LOS TAJAMARES
Eficiencia = Vol. agua almacenada (m3)Vol. de tierra a mover (m3)
- 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
60
7080
90100
Efic
ien
cia
010
2030
405060
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000Volumen almacenado (m3*103)
Efic
ien
cia
Análisis de tajamares
25
30
35
40
Efic
ien
cia
0
5
10
15
20
25
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Volumen almacenado (m3*103)
Efic
ien
cia
Análisis de tajamares
1000
1200
1400
1600
Vol
. al
mac
. (m
m h
a cu
ltivo
-1)
II
0
200
400
600
800
0 3 6 9 12Area cuenca/área cultivo
Vol
. al
mac
. (m
m h
a cu
ltivo
III
II
IV
Análisis de tajamares
12
14
16
18
Fre
cuen
cia
0
2
4
6
8
10
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 2x I.V.
Altura de la cortina para el Volumen Útil
Volumen parcial = Área 1 + Área 2x I.V.2
Volumen total = Σ Volumenes parciales
30
30 29 28 27 26 25 24 24 25 26 27 28 29 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
2
2,5
3
3,5
4
altu
ra(m
)
0
0,5
1
1,5
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
Evapo transp iración (ETR)
Balance Hídrico – Modelo Precipitación–Escurrimiento de paso Mensual
P - T
Sue lo (H ( H m ax ))
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 )
oiiii
oiii PsiP
PoiP
PPT ⟩
−+−=
2
)( 2
δ
Ti = 0 si Pi ≤ Poi
Balance Hídrico – Modelo Precipitación – Escurrimiento de paso Mensual
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
H i = MAX ( 0; Hi-1 + Pi – Ti – ETPi )
Evapotranspiración real
ETRi = min(ETPi; H i-1 +Pi – Ti,)ETRi = min(ETPi; H i-1 +Pi – Ti,)
Infiltración al almacenamiento subterraneo
maxmax IT
TII
i
ii +
=
21 **
t
it
ii eIeVVα
α−
−− +=
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
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
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)• 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
Agua disponible en los suelos del Uruguay
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
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%• 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
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”
MÉTODO EMPÍRICO
d(cm) = 5.08 x área de la cuenca /área del lago
Ejemplo:
Área cuenca – 36 hásÁrea cuenca – 36 hás
Área lago – 4.41 hás
d= 5.08 x 360000/44100 = 41 cm
CÁLCULO DE LA DISTANCIA “d”
ESCURRIMIENTO DE 10 mm
Vol.Esc.= 0.010 m x 360000 m2 = 3600 m3
ESCURRIMIENTO DE 20 mm
Vol.Esc. = 0.020 m x 360000 m2 = 7200 m3
MÉTODO HIDROLÓGICO
Volumen total = 52500 +3600 = 56100 m3 Volumen total = 52500 +7200 = 59700 m3
CURVAS ALTURA/AREA-VOLUMEN
2
2,5
3
3,5
4
altu
ra(m
)
3,353,44
El fondo del vertedero de máximas se ubica a la altura de 3.44 m
0
0,5
1
1,5
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000
m3/m2
altu
ra(m
)
AREA
VOLUMEN
52500 56100
CÁLCULO DE LA DISTANCIA “d”
ESCURRIMIENTO DE 10 mm
Vol.Esc.= 0.010 m x 360000 m2 = 3600 m3
ESCURRIMIENTO DE 20 mm
Vol.Esc. = 0.020 m x 360000 m2 = 7200 m3
MÉTODO HIDROLÓGICO
Volumen total = 52500 +3600 = 56100 m3
Altura correspondiente3.44 m
d = 3.44 – 3.35 =0.09 m
Volumen total = 52500 +7200 = 59700 m3
Altura correspondiente 3.51 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 háMétodo S.C.S.• Si TdeC > 20’ y Ac > 400 háMétodo 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)
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
Período de Retorno (T)
(1/vu)r)(11
1T
−−=
T = Período de retornor = Riesgo asumidovu = 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 – 12.2050 – 100
1.2. Presa mediana 1.250 - 61. 650 12.20 - 30.50 100 - +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 añosTr = 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
PastizalesPastizales
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,paraun determinadoperíodola cuenca,paraun determinadoperíodode 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 - +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. 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
Coeficiente K del método del SCS
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
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)
Tiempo de concentración totalTc = Tiempo en la cuenca + tiempo en el lago
Curvas Intensidad, Duración, Frecuencia (IDF)
Volumen total de escorrentía
3600)2A(mI(m/h).C.
/s)3(mQMAX =
Caudal pico de escorrentía
Tcxmax
Qx4810esc
V =
Vesc= m3
Qmáx= m3/sTc = horas
Volumen total de escorrentía
Ejemplo• Área de la cuenca: 36 has
• Pendiente promedio: 5%
• Cobertura del suelo: pasturas naturales
• Máximo recorrido del flujo: 775 m• 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
PastizalesPastizales
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 - +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
1.3
50
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
3600)2A(mI(m/h).C.
/s)3(mQMAX =
Vol total = 4810 * 6.165 * 0.25 = 7413.4m3
TcxmaxQx4810escV =
Método del S.C.S.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 81Terraza 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 sonsuelosarenososmenosprofundosque en A, loessmenosprofundoso
4 - 8
Definición de los grupos de suelo
suelosarenososmenosprofundosque en A, loessmenosprofundosomenos agregados que en A, pero el grupo como un todo tiene infiltraciónarriba del promedio después de una humectación completa.
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
10xAcxS0.8P
S)0.2(P
escV
(TC12/7)
(TC12/7)2
+−
=
1. Volumen de escorrentía
S =(25400/ NC) -254S =(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: pasturasVEGETACIÓN: 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/há1.223 + (0.8 * 89 / 81)
Qmax = 0.310 * 0.439/1.3 *81 * 500/100 = 42.40 m3/s
Dimensionamiento del vertedero de máximas
b
4h4h
h
a
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 0.045En 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
Velocidades máximas en suelos empastados
Escasa < 1,0
Por siembra 1,0 – 1,2
Variable 1,2 – 1,5
Bien establecida 1,5 – 1,8
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
n
s
Hv
Ht
V max
E
Canal Vertedero
Laminado de la avenida extraordinaria
Vmax
H presa H revancha
E
Ht
HvHvB
Canal Vertedero
t
Qmax
Qv maxVL
VESC
Tb
Q
tVL= 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)
V = V – V VL= V(3.44 + 0.2)– V (3.44Hv)
CURVAS ALTURA/AREA-VOLUMEN
2
2,5
3
3,5
4
altu
ra(m
)
3,643,44
0
0,5
1
1,5
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000
m3/m2
altu
ra(m
)
AREA
VOLUMEN
6550056100
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 m3VL= 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
2
2,5
3
3,5
4
altu
ra(m
)
3,443,54
0
0,5
1
1,5
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000
m3/m2
altu
ra(m
)
AREA
VOLUMEN
56100 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
Borde Libre recomendado en función del fetch
Unidad de Hidrología
300 0.35
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
Manual DINAGUA
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
3.893.89
3.89 * 3 = 11.673.89 * 2 = 7.78
3.89 * 5 + 3.08 = 22.53
DENTELLON
d
H
1) Bureau of ReclamationW = H – d ∴ H = W + d
H - Carga de agua
W - Ancho del dentellón
d - Profundidad del dentellón
dw
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 equivalente2b. – 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
05 máxima altura de cortina
5
Dentellón
Big
ote
Ve
rtedero
Eje de la cortinaCoronamiento
.15
Eje de la cortinaCoronamiento
.1512
9 63
05 máxima altura de cortina
5
Dentellón
Big
ote
Ve
rtedero
129 6
3
05 máxima altura de cortina
5
Dentellón
Big
ote
Ve
rtedero
0
0,5 cota de toma
12
3 4 máximo nivel estático
4,5 máximo nivel dinámico
0,512
4,54 3
5
Volumen útil
0
4
1
23
5
6
Toma
Máx. altura cortinaMNDNNE
1.50 m
Dentellón
0
0,5 cota de toma
12
3 4 máximo nivel estático
4,5 máximo nivel dinámico
0,512
4,54 3
5
Volumen útil
0
0,5 cota de toma
12
3 4 máximo nivel estático
4,5 máximo nivel dinámico
0,512
4,54 3
5
Volumen útil
0
4
1
23
5
6
Toma
Máx. altura cortinaMNDNNE
1.50 m
Dentellón
CÁLCULO DEL VOLUMEN DE TIERRA
1. Cálculo aproximado en el campo
L
C
B
h
V = (B+C)/2 * h * L/3
2. Cálculo definitivo en gabinete
d1 d2 d3 d4 d5
h1 h5
CÁLCULO DEL VOLUMEN DE TIERRA
h3S3
V1 = S1 + S2 *d12
V. total= ∑ V. parciales
d3
S4
B
C
h4
h1h2 h3 h4 h5
CÁLCULO DEL VOLUMEN DE TIERRA
Después de la compactación
Volumen altura extra = L * C * (0,1 H) / 2
C
0.1 H L
CÁLCULO DEL VOLUMEN DE TIERRA
• Volumen total
�V. Desmonte
�V. Dentellón
�V. Terraplén�V. Terraplén
�V. Vertedero(*)
�V. 10 % altura extra
CÁLCULO DEL VOLUMEN DE AGUA
Cálculo aproximado en el campo
f
h
l
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- 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 demínimas
Descarga de fondoToma de agua
Vertedero de máximas
Descarga de fondo
Vertedero de máximas Toma de agua
Bebedero
Canal natural
Filtro
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
Maquinaria a utilizar
- Bulldozer
- Pala de buey
TALÓN DE IMPERMEABILIZACIÓN
h
Límite superior de las filtraciones
h/3
h
Límite superior de las filtraciones
Arena fina
Arena gruesa
Grava
h
Problemas constatados en represas
30
23
20
25
30
35N
ro d
e p
resa
sTotal encuestadas
El efecto de las olas hasocavado el taludProblemas de infiltración
Deslizamiento de taludes
Falto riego en alguna zafra
1110 10
98
64
32
0
5
10
15
Problemas
Nro
de
pre
sas
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 yeficienciadelsistemaderiego.
1. Dimensiones del embalse
eficienciadelsistemaderiego.
• 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.
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(50años).
2. Dimensiones del vertedero canal y altura de la represa
vertido(50años).
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)
haciaaguasarribay (C/2+2H) haciaaguasabajo.
3. Construcción del tajamar(1)
haciaaguasarribay (C/2+2H) haciaaguasabajo.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.
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 (20-30 cm),esparciéndolasy compactándolas. Se rellena el dentellón con
3. Construcción del tajamar(2)
esparciéndolasy 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
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 mVertedero 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”vertedero adecuado era excesivamente caro”