INFORMACIONES TÉCNICAS

APLICACIONES RURALES

I – H 1

ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN PARA IRRIGACIÓN

Las estructuras destinadas a obras de irrigación construidas con hormigón o bloques

de hormigón de calidad, poseen la durabilidad e impermeabilidad necesarias para asegurar el control del agua para riego de chacras, y requieren menor tiempo y

trabajo para el manejo y conservación de los sistemas de irrigación.

Estas estructuras incluyen acequias revestidas o canales, y dispositivos para control de distribución. El tipo y tamaño de la estructura a emplear depende de la magnitud

del caudal y del método de distribución.

Compuertas Principales

Las compuertas principales de distribución se utilizan para derivar agua de un canal o

acequia principal hacia secundarios individuales o acequias. Se emplean gene-ralmente equipadas con dispositivos de medición de caudales.

La compuerta principal de hormigón que muestran las figuras 1 y 2, es del tipo de

orificio sumergido, provisto de pozos de aforo. Para determinar el caudal que pasa por el orificio sumergido, remitimos a la Tabla 1.

TABLA 1. Escurrimiento a través de un orificio rectangular sumergido

Altura

de carga

h

(m)

Área de la sección del orificio A

cm2

200 300 500 700 900 1400 2000

0,05

0,15

0,25

0,012

0,021

0,027

0,018

0,031

0,040

0,030

0,052

0,068

0,042

0,073

0,095

0,054

0,094

0,123

0,084

0,146

0,189

0,120

0,209

0,270

De la fórmula Q = 0,61 gh2 (Q en m3/seg.)

Revestimiento de acequias

En las zonas en que escasea el agua o donde el caudal de infiltración constituye un

problema, las acequias revestidas con hormigón son de una necesidad absoluta.

Las pérdidas por infiltración en acequias sin revestir suelen exceder de la mitad del caudal total.

Registros efectuados por un regante de Wyoming indican que dispuso del 25% al

50% más de agua para regar sus sembradíos, luego de revestir sus acequias con

hormigón.

Fig. 1 – Perspectiva de la compuerta principal de un orificio sumergido instalado en el talud de un canal principal

Fig. 2 – Planta de la compuerta principal del tipo de orificio sumergido mostrando la ubicación del mismo y de los pozos de aforo

En aquellos lugares en que el agua de riego proviene de pozos, las acequias

revestidas han reducido en muchos casos a la mitad el costo del bombeo.

Las acequias revestidas requieren menor servidumbre de paso, pueden disponerse

siguiendo trazados de mayor pendiente y más directos, sin peligro de erosión y requieren menor conservación.

La figura 3 muestra la sección transversal típica de una acequia con revestimiento de

hormigón. Los caudales y velocidades correspondientes a acequias revestidas y sin revestir, de sección trapecial, se indican en Tabla 2. Para conducir igual cantidad de

agua, una acequia revestida de hormigón requiere sólo la mitad del área de la sección transversal, que otra sin revestimiento.

TABLA 2. Velocidad del agua V y caudal Q en acequias de sección trapecial

Revestidas con hormigón. Pendientes de los taludes 1:1 n = 0,014 Sin revestir. Pendientes de los taludes

1,5:1 n = 0,035

Ancho del fondo = 0,45 m Ancho del fondo = 0,60 m Ancho del fondo = 0,60 m

Prof. del agua (m)

0,30 0,45 0,60 0,30 0,45 0,60 0,30 045 0,60

Sección de la acequia (m2)

0,225 0,405 0,630 0,270 0,472 0,720 0,315 0,572 0,900

Pendien-tes (m/m)

V Q V Q V Q V Q V Q V Q V Q V Q V Q

0,0001 0,22 0,050 0,27 0,110 0,32 0,199 0,23 0,063 0,29 0,135 0,33 0,237 0,09 0,029 0,11 0,066 0,13 0,122

0,001 0,69 0,157 0,78 0,316 0,99 0,627 0,74 0,198 0,90 0,426 1,04 0,750 0,29 0,093 0,36 0,209 0,57 0,470

0,01 2,22 0,498 2,70 1,100 3,16 1,990 2,34 0,630 2,86 1,350 3,29 2,370 Velocidad excesiva para canales sin revestir

A Valores deducidos de la Fórmula de Manning Q = ---- r 2/3 i ½

n donde Q = m3/seg.; n = coeficiente de rugosidad; A = sección transversal de la acequia; r = radio hidráulico ; i = pendiente de la acequia

Fig. 3 – Sección transversal típica de una acequia revestida con hormigón

Presas de hormigón

Una presa de hormigón es una simple pared construida normalmente a la corriente o

canal; una abertura rectangular en el centro permite el pasaje del agua. Ranuras dispuestas en las caras laterales de la abertura permiten colocar tablones de madera

para elevar o controlar el nivel de agua, para su derivación a los terrenos adyacentes. En la mayor parte de los casos estas presas se moldean in-situ (ver fig. 4).

En ciertas zonas, se producen y venden presas de hormigón premoldeado, similares a los que muestra la figura 5.

La Tabla 3 contiene las cantidades de materiales requeridos por presas de distintas

dimensiones.

TABLA 3. Cantidades de materiales requeridos por una presa de hormigón moldeada in –

situ

Materiales

Largo B de la cresta del vertedero

0,60 m 0,75 m 0,90 m 1,05 m

Hormigón (m3) 0,485 0,512 0,537 0,566

Armadura (m lineales

de barra Ø 10) 32 34 35 38

Fig. 4 – Las presas de hormigón permiten un control eficiente del escurrimiento del agua en las acequias

Combinación de salto y presa

El salto facilita los cambios bruscos de nivel de la superficie del agua, reduciendo al

mismo tiempo la velocidad de escurrimiento.

En Tabla 4 figura la capacidad de descarga de una estructura típica con un vertedero cuya cresta tiene una longitud de 0,60 m. La parte de aguas abajo de la estructura,

que aparece en fig. 6, disipa la energía creada en el agua por el cambio de nivel. Cuando el agua debe circular por una fuerte pendiente, es recomendable emplear

conductos de hormigón, acequias revestidas o saltos. El salto debe proyectarse de modo que la cresta del vertedero quede a nivel con el fondo de la acequia.

TABLA 4. Gastos correspondientes a una presa y salto tipo

Largo de la cresta del vertedero B = 0,60 m

d (m) 0,30 0,45 0,60 0,75

Q (m3/seg) 0,63 0,284 0,284 0,538

Calculados con la fórmula Q = 1,84 (B – 0,2 d) d 3/2

Donde d = profundidad del agua en la acequia

B = largo de la cresta del vertedero

Q = gasto en m3/seg

Fig. 5 – Presa prefabricada con hormigón. Este tipo de presa permite quitarla cuando sea necesario

En la Tabla 5 se indican las cantidades normales de materiales, requeridas por la combinación de salto y presa.

TABLA 5. Cantidades de materiales requeridos por una combinación de salto y presa

Largo de la cresta del vertedero B

Dimensiones

(ver Fig. 6)

Hormigón m3

Bloques de hormigón

Mortero m3

Armadura m lineales de Ø 10

h l

20x20x20 de esquina

20x20x20 con ranura

20x20x40 con ranura

20x20x40 extremos

planos

0,15 m 0,90 m 0,442 3 2 2 10 0,0113 3,70

0,30 m 1,05 m 0,533 4 2 2 15 0,0141 4,90

0,45 m 1,20 M 0,640 5 2 2 20 0,0197 6,10

h = Altura de la cresta del vertedero encima del umbral

l = Largo de las paredes laterales

Derivaciones Las estructuras de derivación se usan para desviar el agua de la acequia principal

hacia la zona a irrigar.

Las derivaciones de hormigón con compuertas, sean de orificio sumergido (fig. 7) o libre (fig. 8) se utilizan generalmente para riego por inundación. Las mismas deben

ubicarse de 7,5 cm a 10 cm por debajo del nivel del terreno, con el objeto de conferir al agua un movimiento hacia arriba cuando sale de la estructura.

Fig. 6 – Combinación de salto y presa, construida con bloques de hormigón

En la Tabla 6 se indican los gastos de las derivaciones constituidas por caños de

hormigón, mientras que los correspondientes a orificios figuran en la Tabla 7.

TABLA 6. Gastos de derivaciones constituidas por caños de hormigón

Carga Diámetro interior del caño

m 0,15 m 0,20 m 0,25 m 0,30 m

0,050

0,075

0,100 0,125 0,150 0,175 0,200 0,225

0,250 0,275 0,300

0,0114

0,0139

0,0161 0,0180 0,0197 0,0213 0,0228 0,0242

0,0254 0,0267 0,0279

0,0202

0,0246

0,0285 0,0319 0,0349 0,0377 0,0404 0,0429

0,0450 0,0473 0,0494

0,0317

0,0386

0,0447 0,0500 0,0547 0,0591 0,0633 0,0671

0,0705 0,0741 0,0775

0,0456

0,0556

0,0644 0,0720 0,0788 0,0852 0,0912 0,0968

0,1016 0,1068 0,1116

Valores de Q en m3/seg, obtenidos con la fórmula Q = C A √ 2g h; siendo A = área de la sección del

caño; C = 0,65 para caños de superficie lisa, y h = altura efectiva de carga

Fig. 8 – Derivación de orificio libre. Permite el pasaje de un gran caudal de agua para ser derivado al terreno en un período corto de tiempo

Fig. 7 – Un caño de hormigón provisto de un collar, constituye una derivación simple para riego por inmersión

TABLA 7. Gastos de las derivaciones a orificio libre

Largo de la

abertura (m)

Profundidad de la corriente (m)

0,025 0,050 0,075 0,100 0,125 0,150 0,175 0,200 0,225 0,250

0,30 0,35 0,40 0,45 0,50

0,55 0,60 0,65 0,70 0,75

0,80

0,0013 0,0015 0,0017 0,0019 0,0022

0,0024 0,0026 0,0028 0,0030 0,0033

0,0035

0,0037 0,0043 0,0049 0,0055 0,0061

0,0067 0,0073 0,0080 0,0086 0,0092

0,0098

0,0068 0,0079 0,0091 0,0102 0,0113

0,0125 0,0135 0,0147 0,0158 0,0170

0,0181

0,0104 0,0121 0,0139 0,0156 0,0173

0,0191 0,0208 0,0225 0,0242 0,0260

0,0277

0,0145 0,0170 0,0194 0,0218 0,0242

0,0267 0,0291 0,0315 0,0339 0,0363

0,0388

0,0191 0,0223 0,0255 0,0287 0,0319

0,0351 0,0383 0,0415 0,0447 0,0478

0,0510

0,0241 0,0396 0,0395 0,0445 0,0495

0,0545 0,0594 0,0643 0,0693 0,0742

0,0791

0,0297 0,0346 0,0395 0,0445 0,0495

0,0545 0,0594 0,0643 0,0693 0,0742

0,0791

0,0354 0,0412 0,0471 0,0530 0,0589

0,0648 0,0707 0,0766 0,0825 0,0883

0,0942

0,0413 0,0482 0,0550 0,0619 0,0688

0,0758 0,0825 0,0895 0,0964 0,1035

0,1100

Valores obtenidos en base a la fórmula Q = 1,1 l. H 3/2 siendo Q = caudal en m3/seg; H = profundidad

de la corriente en m y l = largo de la cresta en m

Aforadores Parshall

Los aforadores Parshall se utilizan para medir los caudales que pasan a los sistemas

de riego, y operan sobre el mismo principio que los medidores Venturi, con su sección contraída especialmente diseñada y con secciones de entrada convergente y

de salida divergente. La profundidad de la corriente se mide en la entrada mediante un hidrómetro. Las lecturas de carga se efectúan en un punto ubicado aguas arriba

de la sección contraída o a una distancia de la misma igual a 2/3 del largo de la sección convergente de entrada. La fig. 9 muestra el diseño característico de un

aforador Parshall y en la Tabla 8 se indican las dimensiones necesarias y los caudales correspondientes.

Fig.9 – Dimensiones de un aforador Parshall, de suma importancia para su correcto funcionamiento

TABLA 8. Características hidráulicas del aforador Parshall

Capacidad nominal

m3/s

Dimensiones (m) (Ver Fig. 9)

Capacidad de escurrimiento libre

Para una carga

mínima de

Descarga m3/s

Para una carga

máxima de

Descarga m3/s

A B C D E

0,142 0,30 0,85 0,60 1,30 0,45 0,06 m 0,010 0,35 m 0,140

0,284 0,30 0,85 0,60 1,30 0,65 0,06 m 0,010 0,55 m 0,290

0,426 0,60 1,20 0,90 1,45 0,55 0,06 m 0,020 1,45 0,426

0,710 0,60 1,20 0,90 1,45 0,75 0,06 m 0,020 0,65 0,720

Combinación de cámara de descarga de bomba con partidor

Cuando el agua para el riego proviene de pozos, es necesario incluir, formando parte del sistema, una cámara de descarga de bomba o pozo de amortiguación. En muchos

sistemas dicha estructura se combina con un partidor, como muestra la figura 10.

Fig.10 – Combinación de cámara de descarga de bomba con partidor. Esta estructura funciona como cámara de amortiguación y distribución

La cámara de descarga se proyecta para reducir la turbulencia causada por el agua

que fluye de la bomba. Una reja de madera ubicada cerca de la salida de la

estructura de hormigón, sirve de regulador. El partidor anexo puede construirse en forma de proveer dos o tres derivaciones para el agua de riego, según sea la disposi-

ción del sistema.

La Tabla 9 contiene las dimensiones aconsejadas y las cantidades de material requeridas para una combinación de cámara de descarga de bomba con partidor.

TABLA 9. Dimensiones de la cámara de bombeo y cantidades de materiales

Capacidad de descarga m3/min

Dimensiones (ver Fig. 10)

Madera (m)

Armadura Ø 10 m

Hormigón

m3 A D C d + F e J 1”x4” 1”x4”

2,3 – 3,8 2,60 0,60 1,10 0,45 0,30 0,45 5,50 2,00 56,5 1,45

4,0 – 6,1 3,00 0,75 1,35 0,52 0,43 0,52 6,90 2,00 67,5 1,82

Sifón invertido

Ocasionalmente es necesario hacer pasar una acequia de riego por debajo de un camino. Ello exige utilizar un conducto enterrado para transferir el caudal. Tales

conductos se suelen denominar sifones invertidos.

Los sifones para acequias de chacras son generalmente cortos, de 15 m o menos. El sifón invertido, fig. 11, puede ser considerado como un conducto que funciona a

sección llena, con ambos extremos sumergidos. La velocidad a través del caño debe

ser por lo menos la misma que en la acequia, a fin de evitar la formación de sedimentos en el fondo de la estructura.

Fig.11 – Sifón invertido simplificado, para conducir el agua de riego por debajo de un camino u obstáculo similar. La entrada y salida de sifón invertido deben construirse en forma de asegurar una transmisión suave y gradual de la acequia al caño

Un ejemplo característico lo constituye un sifón de hormigón de 9,00 m. de largo que debe conducir un caudal de 0,46 m3/s por debajo de una carretera.

La velocidad V en el canal antes y después del sifón es de 1,16 m/s y se desea

conocer la diferencia h entre los niveles de agua a la entrada y salida de un caño de hormigón de 0,60 m de diámetro.

Solución: de la fórmula para los orificios sumergidos, se tiene que el gasto Q es

igual a C a √2 g h siendo h la diferencia de nivel del pelo de agua entre la entrada y la salida, a el área de la sección, y C el coeficiente de gasto. De la Tabla 10, el

coeficiente de gasto C para caños de hormigón con borde biselado de 0,60 m de diámetro y 9,00 m de largo resulta 0,83. La sección transversal del caño tiene un

área de 0,283 m2. Luego, Q2

despejando h de la fórmula, se tiene h = = 0,195 m

2gC2a2

Si las condiciones son tales que la carga de 0,195 m no es factible, se hace necesario entonces probar con un caño de otra dimensión. Despejando de la fórmula

Q

V = la velocidad en el caño, ésta resulta ser de 1,63 metro por segundo, a

mayor que la de 1,16 m/s en la acequia, siendo satisfactoria desde el punto de vista

de la sedimentación.

Como muestra la fig. 11, es necesario disponer en la entrada del conducto, de una carga mínima hi. Este valor es igual a la suma de la altura debida a la

V2 V2

velocidad más la pérdida de cargas en la entrada h, 2 g 2 g

Para las condiciones establecidas hi = 0,096 m.

TABLA 10. Coeficiente C de descarga, para alcantarillas de caños de hormigón

con bordes biselados

Largo del caño

(m)

Diámetro del caño (m)

0,15 0,30 0,45 0,60 0,75 0,90 1,05 1,20

3 6 9 12

0,77 0,66 0,59 0,54

0,86 0,79 0,73 0,68

0,89 0,84 0,80 0,76

0,91 0,87 0,83 0,80

0,92 0,89 0,86 0,83

0,92 0,90 0,87 0,85

0,93 0,91 0,89 0,87

0,93 0,91 089 0,88

15 0,49 0,65 0,73 0,77 0,81 0,83 0,85 0,86

INFORMACIÓN GENERAL PARA LA CONSTRUCCIÓN

Las estructuras para riego requieren un planteamiento cuidadoso de su ubicación y

construcción. Cada unidad debe construirse de modo que contribuya al éxito del funcionamiento del sistema completo de riego.

Excavación y terraplenamiento

Debe planificarse en forma de remover un mínimo de suelo y excavar hasta obtener

las dimensiones exactas requeridas.

En algunos casos las estructuras pueden construirse utilizando la tierra como encofrado. De ser necesario terraplenar, la tierra debe ser humedecida y

perfectamente compactada en capas de no más de 10 cm de espesor.

Usar hormigón de calidad

La resistencia, durabilidad e impermeabilidad del hormigón dependen

fundamentalmente de la cantidad de agua por bolsa de cemento que se emplee.

Por cada bolsa de cemento no se debe emplear más de 22,5 l de agua. Utilizando agregados corrientes, las proporciones de la mezcla son de aproximadamente

1:2 ¼: 3. Si en el primer pastón de prueba dicha mezcla no resulta satisfactoria, deben variarse las proporciones de arena y grava pero sin modificar las cantidades de

cemento y agua. En aquellas zonas donde las estructuras, una vez terminadas, se encuentran sujetas a procesos de congelación y deshielo, se recomienda el empleo de

hormigón con aire incorporado. Este tipo de hormigón se obtiene usando cemento portland con aditivo incorporador de aire o agregando en la hormigonera una

pequeña cantidad de un agente incorporador de aire.

Cuando se emplee hormigón preparado en planta central, es muy importante tener

los moldes listos y suficiente mano de obra disponible, para poder moldear el hormigón cuando se recibe. En este caso debe especificarse una mezcla con

335 kg/m3 de cemento y no más de 27,5 l de agua por bolsa de cemento, incluida la humedad de los agregados. Conviene especificar hormigón con un contenido de aire

del 4 % al 7 %.

Colocación del hormigón

El hormigón fresco debe colocarse en los moldes en capas uniformes de un espesor

aproximado de 15 cm. No debe hacerse correr al hormigón distancias largas dentro

del encofrado, debe compactarse perfectamente y fratasarse para asegurar la obtención de un hormigón denso y de superficie lisa.

Terminación

Luego de colocado el hormigón, debe nivelárselo con la parte superior del encofrado.

Un fratás de madera permite eliminar las grandes irregularidades de las superficies planas. La terminación final debe posponerse hasta tanto el hormigón haya

endurecido lo suficiente; luego debe usarse una llana metálica para obtener un terminado liso. La llana se pasará sólo lo necesario como para obtener una superficie

lisa, sin defectos. Un excesivo alisado, especialmente mientras el hormigón se encuentra blando y plástico, hará exudar agua y material fino, haciendo que la

superficie posea menor resistencia al desgaste.

Para alcanzar la máxima resistencia y durabilidad debe curarse el hormigón, sea

aplicando un producto para curado, membrana plástica o cubriéndolo con arpilleras húmedas, paja o arena.

El hormigón requiere humedad para endurecer y curar en forma adecuada. El

hormigón nuevo debe mantenerse húmedo por lo menos durante 5 días permaneciendo en posición el encofrado. Ello ayuda a conservar húmedo al

hormigón.