Cap. 6 | Construccion

6. Construcción del estanque piscícola

6.0. Introducción

Una vez preparado el lugar de construcción, hay que construir el estanque y sus estructuras de regulación del agua. En este capítulo se explica cómo puede construir lo que es propiamente el estanque, mientras que en el volumen siguiente de este manual, Construcción de estanques, se estudia lo relativo a las estructuras de regulación.

2. Los diques son la parte más importante de un estanque piscícola, ya que permiten embalsar el volumen necesario de agua y formar lo que constituye realmente el estanque; de ahí, la especial importancia de su diseño y construcción. En las tres secciones siguientes puede adquirir mayor información sobre los diques y los cálculos relativos al movimiento de tierras; más adelante aprenderá a demarcar y construir los cuatro tipos principales de estanque.

3. Le conviene tener un cuaderno en el que pueda hacer todos los cálculos necesarios y, si es posible, un papel cuadriculado para dibujar y medir el estanque y los diques.

6.1 Características de los diques

1. Los diques de los estanques piscícolas deben tener tres características básicas:

(a) Deben ser capaces de soportar la presión del agua resultante de la profundidad de ésta en el estanque.

(b) Debe ser impermeable, de manera que se reduzcan al mínimo las filtraciones.

Consideraciones importantes para garantizar la calidad de los diques construidos

Recuerde: El dique intermedio que separa dos estanques quizá no tenga que ser tan fuerte como un dique exterior, siempre que la presión del agua sea más o menos la misma en ambos lados. En cambio, si hay que vaciar uno de los estanques mientras que el adyacente permanece lleno, la presión del agua será semejante a la del exterior, por lo que el dique interno debe ser más fuerte que en el caso contrario.

Resistencia a la presión del agua

2. Para conseguir que el dique resista la presión del agua puede utilizar dos procedimientos sencillos:

anhelar el dique firmemente a su base (suelo sobre el que se construye);
hacer que el dique sea lo bastante grande como para soportar la presión del agua por su mismo peso.

Cómo conseguir la impermeabilidad

3. La impermeabilidad del dique se puede conseguir con uno de estos medios:

utilizando tierra de buena calidad que contenga bastante arcilla (véase Suelo);

Dique de buena calidad

Dique de mala calidad

Nota: Un dique construido enteramente de tierra de buena calidad se considera impermeable cuando el limite superior de su zona mojada, la línea de saturación*, penetra en el dique pero sin aflorar al exterior. Cuanto mejor sea la tierra utilizada para la construcción del dique, más se desvía hacia abajo la línea de saturación y menos grueso tiene que ser el dique. La pendiente de esta linea de saturación, el gradiente hidráulico*, varía normalmente entre 4:1 (suelo arcilloso) y 8:1 (suelo arenoso). Como puede observarse, la presencia de un núcleo de arcilla influye en este gradiente.

construyendo un núcleo arcilloso en el centro, cuando se utilice material permeable;
construyendo una zanja interceptora cuando el cimiento sea permeable;
utilizando prácticas adecuadas de construcción (Sección 6.2);
dando al dique el grosor debido.

Diagrama de un dique construido utilizando suelo arenoso con un núcleo de arcilla y una zanja interceptora para garantizar la impermeabilidad

A Zona mojada del dique en suelo arcilloso

1 Línea de saturación

B Zona mojada del dique en suelo arenoso

2 Línea de saturación

Cuanto mejor es el material utilizando menos grueso tiene que ser el dique

Con un núcleo de arcilla desciende la linea saturación

Cómo determinar la altura más indicada

4. Para calcular la altura que se debe dar al dique, tenga en cuenta los siguientes aspectos:

la profundidad que debe tener el agua del estanque;
la sobreelevación*, que es la parte superior de un dique y nunca debe quedar por debajo del agua. Su tamaño oscila entre 0,25 m en los canales de derivación muy pequeños y 1 m en los estanques de presa sin canal de derivación;
la altura del dique que se perderá como consecuencia del asentamiento*, teniendo en cuenta la compresión del subsuelo por el peso del dique y el asentamiento de la tierra fresca. Este asentamiento previsto oscila normalmente entre el 5 y el 20 por ciento de la altura de construcción del dique (Sección 6.2 y Cuadro 28).

5. Por ello, se pueden definir dos tipos diferentes de altura del dique:

la altura de diseño DH, que es la altura que debería tener el dique después del asentamiento para que el agua del estanque tenga la profundidad necesaria.

Se obtiene sumando la profundidad del agua y la sobreelevación;

la altura de construcción CH, es decir, la altura que deberá tener el dique nada más construido y antes de que se produzca el asentamiento. Es igual a la altura de diseño más la altura del asentamiento.

6. Se puede determinar la altura de construcción (CH en m) a partir de la altura de diseño (DH en m) y el asentamiento previsto (SA en porcentaje) en la forma siguiente: CH = DH ÷ [(100 - SA) ÷ 100]

Ejemplo

Si la altura máxima del agua en un estanque de derivación de tamaño medio es 1 m y la sobreelevación* es de 0,3 m, la altura de diseño del dique será DH = 1 m + 0,30 m = 1,30 m. Si el asentamiento previsto se estima en un 15 por dentro, la altura de construcción necesaria será CH = 1,30 m -=- [(100 - 15) -5- 100] = 1,30 m -=-0,85 = 1,53 m.

7. En los estanques de presa con aliviadero, la altura de diseño del dique se calcula de manera ligeramente distinta (véase Construcción de estanques, Secciones 11.3 y 11.4), ya que se añadiría la sobreelevación por encima del nivel máximo del agua en el aliviadero de descarga.

Recuerde: La superficie del agua del estanque es horizontal y, por lo tanto, la parte superior del dique debe ser también horizontal, desde el punto más profundo del estanque al de menor profundidad.

Determinación del grosor del dique

8. El dique se apoya en su base. Su anchura se va reduciendo conforme se llega a la parte superior, conocida también con el nombre de coronación. El grosor del dique depende por lo tanto de:

la anchura de la coronación; y
la pendiente de sus dos lados.

9. Ello, junto con la altura del dique, determinará la anchura de la base del dique (véanse los ejemplos del Cuadro 27).

10. Determine la anchura de la coronación de acuerdo con la profundidad del agua y con la utilización del dique para actividades de tránsito o transporte.

(a) Debe ser al menos igual a la altura del agua, pero no inferior a 0,60 m en suelo arcilloso o 1 m en suelo algo arenoso.

(b) Debe ser todavía más alto si aumenta la proporción de arena del suelo.

al menos 3 m para los vehículos motorizados;
si se trata de vehículos mayores, al menos la distancia entre ejes más 0,50 m a cada lado.

Recuerde: Estas dimensiones se pueden reducir ligeramente cuando se trata de estanques rurales muy pequeños.

Factores que se debe tener en cuenta para determinar la anchura de la coronación del dique

11. No todos los diques del estanque tienen que ser utilizados por vehículos

(Sección 1.8). No obstante, en los puntos de giro quizá deba darse una anchura adicional al dique, teniendo en cuenta el diámetro del círculo de giro del vehículo utilizado:

aproximadamente 3 m para un mini tractor de dos ruedas;
unos 4 m para un tractor agrícola normal;
unos 11 m para una camioneta de carga ligera;
para que puedan girar los trailers se requeriría espacio adicional.

1 Véase Suelo y piscicultura de agua dulce Entre los suelos de buena calidad se incluyen los de arcilla, arcilla arenosa, fango de arcilla arenosa, fango arcilloso, arcilla limosa y fango de arcilla limosa; los suelos de calidad aceptable son los de fango, fango arenoso y fango limoso.

2 Altura de diseño, es decir, altura que deberá tener el dique después del asentamiento.

3 Mayor si lo requiere el uso para el transporte motorizado.

co27

4 En el momento de la construcción, efectuando los cálculos a partir de la altura de construcción.

5 Altura que se deberá dar al dique en el momento de la construcción, teniendo en cuenta el asentamiento futuro.

Diámetros de los círculos de giro necesarios para el uso de diversos vehículos sobre los diques

Camioneta de carga ligera

Tractor normal

Tractor de dos ruedas

12. En todo estanque los diques tienen dos lados, el lado mojado dentro del estanque y el lado seco o lado exterior. Ambos lados deben reducirse desde la base hasta la parte superior, en un ángulo que se expresa normalmente en forma de coeficiente que define el cambio de la distancia horizontal (en m) por metro de distancia vertical, por ejemplo, 2:1 o 1,5:1 (véase Topografía),

Ejemplo

En un dique con una pendiente lateral de 2:1, por cada 1 m de altura, la anchura de la base aumenta en cada lado 2 x 1 m = 2 m.

Nota: Para expresar el talud lateral de los diques de otras formas. se pueden utilizar los datos siguientes

13. Las pendientes laterales de cada dique deben elegirse teniendo en cuenta que:

Cuanto más pronunciada es la pendiente, más fácil es que sufra daños;
cuanto más arenoso es el suelo, menor es su resistencia, por lo que las pendientes deberán ser más suaves;
al aumentar las dimensiones del estanque, aumentan también las olas y se intensifica el proceso de erosión;

al aumentar el coeficiente de pendiente crece también el volumen de movimiento de tierras y la superficie total de tierra necesaria para los estanques;
un coeficiente más elevado de inclinación facilita la utilización de un bulldozer para construir los diques.

14. Normalmente, las pendientes laterales de los diques oscilan entre 1,5:1 y 3:1, según las condiciones locales. La pendiente del lado seco puede ser más pronunciada que la del lado mojado (véase el Cuadro 27, que contiene información sobre diversos tamaños de estanques y dos grupos de suelos).

15. En algunos casos, quizá desee cambiar la pendiente, por ejemplo:

para disponer de una zona fácilmente accesible para la recolección o para el manejo de un desaguadero (véase Sección 10.7).
para profundizar el estanque junto a los bordes a fin de evitar el crecimiento de malas hierbas o la depredación de las aves;
para que los bordes sean menos profundos y permitan alimentar mejor a los alevines.

16. No obstante, quizá necesite más tiempo para el mantenimiento de estos diques.

Recuerde: El grosor de los diques intermedios se puede reducir cuando la resistencia a la presión del agua y a la impermeabilidad no es demasiado importante.

6.2 Compactación de los diques de tierra

Expansión, compactación y asentamiento de los suelos

1. Cuando la tierra sufre alguna alteración, por ejemplo cuando se excava como preparativo para utilizarla en la construcción de diques, normalmente se vuelve más suelta, más permeable y menos estable. Su volumen se expande; es lo que a veces se conoce con el nombre de hinchamiento.

2. Cuando la tierra removida se compacta, por ejemplo durante la construcción de diques, su volumen disminuye. Posteriormente, al asentarse el suelo, el volumen se reduce todavía más.

3. Por ello, se pueden establecer tres formas diferentes, aunque relacionadas, de medición del volumen de la tierra:

el volumen no alterado, es decir, el volumen del suelo antes de la excavación;
el volumen expandido, es decir, el volumen del suelo una vez excavado, que normalmente es entre un 5 y un 25 por ciento más del volumen no alterado (Cuadro 28);;
el volumen de construcción, es decir, el volumen necesario para construir el dique, antes de cualquier compactación o asentamiento. Es aproximadamente el mismo que el volumen expandido;
el volumen de diseño, es decir, el volumen que debe tener el dique una vez compactado y totalmente asentado. Normalmente, es entre un 10 y un 25 por ciento menos que el volumen de construcción.

4. En el Cuadro 28 pueden verse las características representativas de los diferentes suelos en lo que respecta a:

la expansión, en porcentaje del volumen no alterado; y
el asentamiento, en porcentaje del volumen expandido.

5. En él se indica también el efecto de los diversos grados de compactación y de exposición a la lluvia o a ulterior asentamiento.

Nota: Como estimación aproximada, teniendo en cuenta que los factores de expansión y compactación/asentamiento son semejantes, el volumen no alterado equivale al volumen de diseño.

* Volumen total de la reducción prevista en el volumen del suelo expandido, bien como consecuencia de la compactación más un asentamiento pequeño/final o bien de la compactación y asentamiento o sólo del asentamiento.

6. Los objetivos primarios de la compactación del dique son comenzar el asentamiento de la tierra recientemente colocada, reducir la permeabilidad y reforzar el dique para evitar todo deslizamiento de sus distintas partes.

co28

Potencial de compactación

7; Puede estimar el aumento de volumen de la tierra utilizada y determinar sus posibilidades de compactación midiendo un volumen dado de material en el lugar que se desea excavar, profundizando hasta el nivel deseado de excavación; si es posible. Luego, puede o bien medir el volumen de tierra (por ejemplo, con cubos, cajas, etc.) volver a rellenar el espacio con tierra y medir la que sobre. Luego, debe ser capaz de compactar al menos el 80 por ciento de este excedente en el espacio inicial apisonando la tierra.

Ejemplo

Haga una zanja de 0,30 x 1 m y excave hasta 1 m de profundidad. El volumen original de la tierra = 0,30 m³. Se vuelve a colocar la tierra en su sitio, quedando un excedente de 0,06 m³ o 60 I..

(a) Estime el aumento del volumen como sigue:

volumen expandido = 0.30 m³ + 0.06 m³ = 0.36 m³
el aumento del volumen (en porcentaje) se obtiene así [(volumen expandido - volumen no perturbado) ÷ volumen no perturbado] x 100

= [(0.36 m³ - 0.30 m³) ÷ 0.30 m³] x 100

= (0.06 m³ - 0.30 m³) x 100 = 20 porciento

(b) Debe contar con que podrá compactar al menos el 80 por ciento del excedente (diferencia entre volumen expandido y volumen original no perturbado): 0.06 m³ x 0.80 = 0.05 m³. El potencial de compactación se calcula así (0.05 m³ ÷ volumen expandido) x 100 = (0.05 m³÷ 0.36 m³) x 100 = 13.9 por ciento del volumen expandido.

Haga un hoyo de prueba

Luego, mida el volumen de la tierra...

.... o vulva a colocar la tierra en el hoyo de prueba para ver cuánto ocupa....

.... y el 80 porciento de esa tierra, debidamente compactada, puede introducirse en el hoyo.

8. Si la tierra del lugar de construcción estaba ya suelta, puede compactarla para reducir su volumen.

Para determinar el potencial de compactación, puede luego medir la tierra suelta necesaria para cubrir de nuevo el hoyo hasta el volumen inicial

Ejemplo

Se excava una zanja de 0.30 -m³ y se vuelve a llenar; se necesitarían 0, 06 m³ de tierra suelta para dejarlo al nivel inicial. El potencial de compactación del suelo original es igual a (0.06 m³ ÷ 0.30 m³) x 100 = 20 por ciento.

9. Tenga en cuenta la base de los cálculos indicados, es decir, si el potencial de compactación se refiere al volumen del suelo expandido o del suelo original. Procure comprender perfectamente las explicaciones de las páginas 254 sobre las relaciones entre volumen no alterado, expandido, de construcción y de diseño.

Haga una zanja de 0.30 m³

Si la tierra esta suelta, necesitara un volumen superior al excavado para rellenar ese mismo espacio

Formas más eficientes de compactación

10. Para una mejor compactación, se eliminan el aire y el agua del suelo a fin de que las partículas minerales puedan asentarse con un mínimo de espacio intermedio. Para obtener mejores resultados, deberá siempre:

colocar y compactar el suelo en aproximadamente 15-20 cm de

grosor, de manera que el aire y el agua se eliminen con facilidad; capas horizontales finas;

mojar el suelo para que adquiera la humedad más indicada para la compactación (véase Suelo, Sección 10.2);
acabar las pendientes del dique terminado para que adquiera una superficie bien compactada.

Recuerde: Si con el suelo que se debe compactar es posible hacer una bola dura que no se desmenuce fácilmente, el contenido de humedad es suficiente para una compactación inmediata. Si el suelo está demasiado húmedo, deberá dejarlo secar mediante evaporación durante algún tiempo. Si, por el contrario, está demasiado seco, debe regarlo ligeramente y mezclarlo bien para hacerlo más homogéneo.

Compactación manual del suelo

11. Para compactar capas finas de suelo manualmente, puede utilizar instrumentos sencillos:

un palo grueso o la parte inferior de una hoja de palmera;
un palo grueso redondeado por un extremo para golpear verticalmente, por ejemplo, el suelo de una zanja;
un pisón manual, es decir, un peso de metal o de hormigón (máximo de 4-6 kg) sujeto a un mango de madera, con una superficie de aproximadamente 150 cm², que usted mismo puede hacer o comprar a bajo precio en una ferretería ((véase también la nota de la Sección).

12. La compactación manual suele ser suficiente cuando se trata de diques pequeños, normalmente de 1 a 1,5 m de altura y hasta 1 m de anchura en la parte superior, o más pequeños todavía si los suelos no son de buena calidad.

Nota: Puede hacerse fácilmente un pisón manual utilizando trozos de metal, un trozo de tubo lleno de arena y un mango de madera.

Recuerde: Cuando se trata de suelos de arcilla y otros semejantes, quizá sea mejor amasar el suelo, por ejemplo dando golpes con el tacón del pie.

Compactación del suelo con máquina

13. Cuando aumenta el tamaño de los diques y la superficie que se debe compactar, es mejor hacerlo mecánicamente.

14. Cuando se trata de labores de compactación relativamente pequeñas, puede utilizar placas vibradoras y apisonadoras de percusión, llamadas ranas. Para obras de mas envergadura, normalmente basta utilizar equipe de construcción como tractores y camiones para compactar la tierra pasando por encima de ella repetidamente. En algunos casos se puede utilizar equipo especial de compactación, como apisonadoras de pala de carnero, de ruedas de acero y neumáticas, siempre con la debida supervisión. La producción media por hora de trabajo (m²/h por capas de 25-cm) de los diversos instrumentos de compactación es la siguiente:

Recuerde: La compactación de suelos no cohesivos, como la arena, requiere fuerte presión (peso) y, si es posible, vibración. Por el contrario, los suelos cohesivos, como el fango y la arcilla, deben amasarse de alguna manera. Por ello, para compactar un suelo arcilloso no se puede utilizar una apisonadora normal de ruedas de acero, que quizá compacta sólo la capa superficial, sino que se necesitaría un rodillo con patas de carnero o una apisonadora neumática (véase Suelo, Sección 10.2 y Cuadro 26).

6.3. Preparación de los cimientos del dique

1. Una vez despejado el lugar, eliminado el suelo superficial y delimitado la posición del dique, hay que preparar los cimientos de éste. Ello supone las siguientes actividades:

tratamiento de la superficie de los cimientos;
excavación y relleno de la zanja abierta;
excavación y relleno del cauce de la corriente ya existente.

63Preparacion

Tratamiento de la superficie de los cimientos.

2. La superficie de los cimientos debe estar bien compactada, de manera que el dique se pueda asentar firmemente en ella, sin que haya peligro de deslizamiento.

(a) Desmenuce y voltee el material superficial hasta una profundidad de aproximadamente 15 cm (podría utilizar para ello un arado o azada).

(b) Rellene todos los hoyos en la zona del cimiento con suelo de buena calidad. Las capas deben ser de poco grosor. Si hace falta, humedezca el suelo y compáctelo bien.

(d) Compacte bien toda la zona después de haberla humedecido, si fuera necesario, de manera que los materiales superficiales estén tan bien compactados como las capas posteriores del dique.

Construcción de una zanja interceptora

3. Si el suelo del cimiento no contiene una capa suficiente de material impermeable en la superficie, deberá construir una zanja interceptora (llamada algunas veces zanja de impermeabilización) en el interior de los cimientos del dique. Su objetivo principal es reducir la filtración de agua por debajo del dique. Servirá también para anclar el dique sólidamente a los cimientos.

Detalle de una zanja interceptora que atraviesa una capa permeable de suelo y llega hasta otra capa impermeable

4. Las dimensiones de la zanja interceptora deben aumentar en proporción con las del dique. Pueden serle útiles las siguientes orientaciones:

anchura de la zanja: desde 0,5 m en los diques pequeños hasta al menos 1 m en los de mayores dimensiones;

profundidad de la zanja: si es posible, debe atravesar la capa anterior de suelo y llegar hasta la capa impermeable inferior.

Si se trata, por ejemplo, de un gran dique para un estanque de presa, la zanja interceptora deberá penetrar al menos 30 cm en la capa impermeable, en toda la longitud del dique. En los diques pequeños, la zanja no tiene que pasar de 0,6-1 m de profundidad, cualquiera que sea la situación de la capa impermeable;
forma de la zanja: en los diques pequeños o medianos, las paredes de la zanja son verticales. En cambio, si se trata de grandes diques, las paredes deben excavarse con una pendiente de O,5 a 1:1.

5. Para hacer la zanja interceptora, actúe de la siguiente manera:

(a) Marque claramente la línea central de la base del dique, por ejemplo, con estacas y una cuerda.

(b) A cada lado de esta línea central, marque claramente el límite de la zanja interceptora que se desea construir.

(c) Excave la zanja dándole la profundidad, anchura y talud lateral necesarios; el material extraído deberá depositarse sobre los cimientos, en la superficie que corresponderá a la parte seca del dique.

Procure eliminar las raíces, materiales orgánicos y grandes piedras.

Rellenado del cauce de la corriente

6. Si el cauce de la corriente atraviesa los cimientos de la presa, como en el caso de un estanque de

presa, debe preparar el cauce de la corriente donde se construirá la presa. Si el cauce tiene agua cuando vaya a trabajar en él, antes deberá desviar la corriente.

7. Excave la zanja de derivación en torno al futuro emplazamiento de la presa, como se indica en la figura. De esa manera, podrá utilizar la misma zanja de derivación cuando construya la presa (Sección 6.6, párrafos 9 y siguientes). Luego haga lo siguiente:

(a) Profundice y ensanche el cauce en la medida necesaria para extraer todas las piedras, grava, arena, sedimentos, troncos, raíces y materia orgánica (Capítulo 5).

(b) Excave al menos 30 cm por debajo del lecho del cauce original o hasta que llegue a suelo rocoso. Las pendientes laterales del nuevo cauce no deben pasar de 1:1.

Recuerde: Si el suelo que se encuentra por debajo del cauce es permeable, convendría hacer una zanja interceptora.

6.4. Cálculo de los volúmenes del dique y de la excavación

1. Antes de comenzar la construcción del dique debe calcular cuánto suelo necesitará para construir los diques. Luego, deberá estimar el volumen de excavación necesario para poder disponer de esa cantidad de suelo.

64Calculo

Según la topografía del lugar y el tipo de estanque que desee construir, deberá primero elegir el método más indicado. Estime el volumen expandido y compactado (Sección 6.2), teniendo siempre en cuenta el posible alcance del asentamiento Cuadro 28).

2. Multiplique el volumen de excavación por el factor de expansión (Cuadro 28) para obtener el volumen expandido.

Este es el que se utiliza luego como volumen de construcción del dique. Después de la compactación y el asentamiento, que se estiman teniendo en cuenta el potencial de compactación, deberá alcanzar el volumen de diseño necesario.

Cálculo de la anchura de la base del dique

3. Una vez determinadas las características de los diques, calcule la anchura (en m) de la base del dique sumando los siguientes elementos:

anchura de la coronación (en m);
altura de construcción (CH en m) multiplicada por el coeficiente de inclinación del lado seco (SD);
altura de construcción (CH en m) multiplicada por el coeficiente de inclinación del lado mojado (SW).

Anchura de la base = anchura de la coronación + (CH x SD) + (CH x SW)

Recuerde: Utilice la altura de construcción, incluido el asentamiento previsto, y no la altura de diseño del dique (Sección 6.1).

Nota: Véanse también los ejemplos del Cuadro 27.

Cálculo de la sección transversal de un dique en terreno horizontal

4. El tamaño de la sección transversal de un dique en terreno horizontal (ABCD in m² véase el diagrama adjunto) se obtiene sumando:

superficie ABFE (en m²) = anchura de la coronación (AB) x altura de construcción (CH);
superficie AED (en m²) = ED x (AE ÷ 2)= (SD x CH) x (CH ÷ 2);

superficie BFC (en m²) = FC x (BF ÷ 2)= (SW x CH) x (CH ÷ 2).

CH = altura de construcción del dique;

SD = coeficiente de inclinación del lado seco;

SW = coeficiente de inclinación del lado mojado.

Ejemplo

En el caso anterior, es decir, de un estanque de 0,04 ha que se desea construir en suelo arcilloso, calcule la sección transversal del dique de la siguiente manera:

superficie 1 = 1 m x 1.88 m = 1.88 m²;
superficie 2 = (1.5 x 1.88 m) x (1.88 m ÷ 2) = 2.6508 m²;
superficie 3 = (2 x 1.88 m) x (1.88 m ÷ 2) = 3.5344 m²
sección transversal = 1.88 m²+ 2.6508 m² + 3.5344 m² = 8.0652 m².

5. Para calcular la sección transversal de un dique en terreno horizontal con taludes laterales idénticos, puede utilizar también el Cuadro 29.

Cálculo de la sección transversal de un dique en un terreno inclinado

6. La sección transversal de un dique en terreno inclinado se puede calcular fácilmente utilizando un dibujo en escala:

(a) Trace una línea horizontal que, partiendo de D, se una con AE en E'.

(b) Trace una línea horizontal que, partiendo de C, se una con BF en F'.

(d) Sección transversal = ADE + AEFB + BFC = 0.5(AE x DE') + (AB x PO) + 0.5(BF x F'C)

co29

Recuerde: En las pendientes de menos del 10 por ciento, y cuando los taludes laterales del dique sean iguales en uno y otro lado, se puede utilizar el método expuesto en el caso del terreno horizontal.

Cálculo de la sección transversal dé un dique en terreno irregular

7. La sección transversal de un dique que se debe construir en terreno irregular se puede calcular de dos maneras:

(a) Trace una línea recta D'E'F'C', que reproduzca aproximadamente la forma del terreno, y luego aplique el mismo procedimiento indicado para un terreno en pendiente.

(b) Si lo prefiere, reproduzca la forma en un papel cuadriculado y, utilizando la escala, cuente los cuadrados para deducir la superficie. (Véase Topografía sección 10.3)

1 cm = 0.5 m

1 cuadrado de 0.5 m x 0.5 m 0.25 m²

15.2 cuadrados x 0.25 m² = 3.8 m²

Cálculo del volumen de los diques en terreno horizontal y regular

8. Para estimar la cantidad de suelo que necesitará para la construcción de un dique, debe saber cuál será su volumen. El método de cálculo depende de la topografía del lugar y del tipo de estanque que se desea construir.

9. Si la topografía del lugar de construcción es razonablemente Ilana (menos de 0,30 m de diferencia en el nivel medio del terreno) y regular, calcule el volumen del dique (en m³) multiplicando la sección transversal del dique (en m² y en el punto medio de su longitud para obtener una superficie media) por su longitud medida en la línea central (en m).

Ejemplo

Utilizando las cifras del ejemplo de la página 270, la sección transversal del dique equivale a 8,0652 m². Si la longitud del dique que se debe construir es de 20 m x 4 = 80 m, su volumen es de 8.0652 m² x 80 m = 653.216 m³.

10. Otra posibilidad, sería calcular el volumen con gráficos.

(a) En el Gráfico 3a introduzca la superficie del estanque (en m²) . Según la altura media de construcción de los diques (en m), busque el volumen estándar (en m³) de los diques de un estanque estándar donde el coeficiente longitud-anchura sea de 1:1 (forma cuadrada); ambos coeficientes de inclinación del dique son de 2:1; la anchura de la coronación es de 1 m.

(b) Si los taludes laterales del dique no son 2:1, multiplique el volumen estándar por S, según el cuadro reproducido en la columna de al lado.

(d) Si la forma del estanque no es cuadrada, multiplique el volumen estándar por el valor P del Gráfico 3c.

Ejemplo

En un caso como el del ejemplo anterior, el Gráfico 3a revela un volumen estándar de 720 m³. Como los taludes laterales son 2:1 (internos) y 1,5:1 (externos), se multiplica esa cifra por S = 0,9, lo que da 720 m³ x 0,9 = 648 m³ (compare este resultado con el ejemplo anterior, en el que el cálculo era de 653 m³).

11. Si decide que la anchura de la coronación sea de 0,51 m, en el Gráfico 3b puede observar que C = 0,8. El volumen en este caso será de 648 m³ x 0,8 = 518,4 m³

12. Si el estanque no era de 20 x 20 m sino, por ejemplo, de 40 x 10 m, ei coeficiente L:W = 4. Según el Gráfico 3c, P = 1,25.

Con una anchura de coronación de 1 m, el volumen de los diques sería entonces de 648 m³ x 1,25 = 810 m³.

Cálculo del volumen de los diques en terreno inclinado o irregular

13. Si la topografía del lugar es más pendiente o más irregular, para calcular el volumen de los diques no basta utilizar una sola sección transversal. Hay varios métodos posibles, según el tipo de terreno y la exactitud con que desee hacer los cálculos.

14. Con un primer grupo de métodos, puede calcular los volúmenes del dique utilizando promedios de las secciones transversales del dique o el promedio de las secciones transversales en las esquinas del dique.

15. Cuando el terreno es accidentado, existe también la posibilidad de utilizar el promedio de

graf3abc

las secciones transversales del dique a partir de una línea de base estimada, y luego sumar los volúmenes de las cuatro paredes.

16. Puede utilizar también el método gráfico explicado anteriormente (párrafo 10 de esta sección), utilizando un altura media de las cuatro paredes del dique. No obstante, este método es menos preciso.

Ejemplo

Utilizando el método gráfico, se deduce que la altura media de la pared es (0,5 m + 0,3 m +1,1 m +1,5 m) ÷ 4=0,85 m, y el volumen estándar, que no necesita ulterior corrección, es de aproximadamente 180 m³, es decir, aproximadamente el 80 por ciento del de la figura anterior (párrafo 14 de esta sección).

17. Para medir con mayor precisión el volumen del dique en un terreno irregular, debe aplicar la siguiente fórmula, conocida con el nombre de Regia de Simpson, donde: V = (d ÷ 3) x [A1 + An + 4(A2 + A4 + ... An-1) + 2(A3 + A5 + ... An-2)].

(a) Divida la longitud del dique por un número impar n de secciones transversales a intervalos iguales de d metros.

(b) Cálcale la superficie A de cada sección transversal .en la forma explicada anteriormente,

Ejemplo

El dique tiene 60 m de longitud.

(a) A intervalos d = 10 m, identifique siete secciones transversales A1... A7 y calcule sus respectivas superficies, con los siguientes resultados: A1 = 10 m²; A2 = 16 m²; A3 = 18 m²; A4 = 11 m²; A5 = 8 m²; A6 = 10 m²; A7 = 12 m².

(b) Introduzca estos valores en la fórmula de Simpson: V = (d ÷ 3) [A1 + A7 + 4(A2 + A4 + A6) +2 (A3 + A5)].

Cálculo del volumen de una presa en un estanque

18. Si tiene que calcular el volumen de la presa que se debe construir en un estanque, puede aplicar uno de los métodos anteriores. No obstante, debido a la presencia del cauce de la corriente y a numerosos cambios en las pendientes del terreno, normalmente se requieren estimaciones más precisas bien para medir las secciones transversales a intervalos pequeños d o bien para subdividir la presa en secciones utilizando diferentes intervalos d (para una estimación más rápida pero menos precisa, véase Topografía, Sección 11.3)

Secciones transversales que se deben calcular en un estanque de presa

Cálculo del volumen del material excavado

19. Deberá conocer el volumen de excavación de los siguientes elementos:

capa superficial del suelo;
zanjas de prestarne, cavadas junto a una estructura de tierra para obtener el material destinado a su construcción;
estanques excavados, para dar a éstos el volumen necesario;
otras estructuras, como pozos de recolección, canales de alimentación, etc.

20. Normalmente deberá eliminar la capa de suelo superficial antes de llegar a un suelo de calidad aceptable como material de construcción. Por ello, los niveles deben tomarse a partir de la base de la capa de suelo superficial. En la mayor parte de las ocasiones, los lados de la excavación deben estar en pendiente para evitar que se hundan. En muchos casos (estanques, canales, etc.) los gradientes de los mismos deberán atenerse a determinados criterios.

21. En las superficies llanas y razonablemente lisas, donde la anchura de excavación sea al menos 30 veces superior a la profundidad, el volumen de la excavación se puede estimar como sigue: V = superficie de la parte superior x profundidad de excavación.

22. Cuando la anchura sea menos de 30 veces superior a la profundidad, debe introducir las siguientes correcciones para tener en cuenta los taludes laterales:

V = [(superficie superior + superficie inferior)÷2] x profundidad

Ejemplo

Se debe excavar una superficie de 400 m² (40 x 10 m), de 1 m de profundidad, con taludes laterales de 2:1. Como la anchura (10 m) es menos de 30 veces superior a la profundidad (30 x 1 m), el primer método no es lo bastante preciso (el volumen estimado sería de 400 m² x 1 m = 400 m³).

Utilice el segundo método, en el que la superficie superior = 400 m² y la superficie de la base = longitud de la base x anchura de la base.

Longitud de la base = 40 - (2 x pendiente x profundidad) = 40 - (2 x 2 x 1 m) = 36 m.

Anchura de la base = 10 - (2 x pendiente x profundidad) = 10 - (2 x 2 x1 m) = 6 m.

Superficie de la base = 36 m x 6 m = 216 m².

Superficie media = (400 m² + 216 m²) -r2 = 308 m².

Por lo tanto, volumen = 308 m² x 1 m = 308 m³.

23. En terreno ligeramente pendiente, calcule la sección transversal en cada extremo de la excavación. Luego:

(a) Calcule la sección transversal media de la excavación.

(b) Multiplique la cifra por la longitud media de la excavación.

Ejemplo

Si la superficie se encuentra en ligera pendiente, calcule las secciones transversales en AB y CD, y la longitud media.

(a) La sección transversal en AB se puede determinar reproduciéndola en papel cuadriculado o efectuando la siguiente estimación: [(AB + A'B') ÷ 2] x profundidad media, o [(10 + 7) ÷ 2] x [(1 + 0,5) ÷ 2] = 8,5 m x 0,75 m = 6,375 m².

(b) Igualmente, la sección transversal en CD = [(10 + 3) ÷ 2] x [(2 + 1,5) ÷2] = 6,5 m x 1,75 m = 11,375 m².

Longitud media = (longitud superior EF + longitud inferior E'F') ÷ 2 = (40 m + 35 m) ÷ 2 = 37.5 m.

(d) Por tanto, volumen = superficie media x longitud media = [(6.375 m² + 11.375 m²) ÷ 2] x 37.5 m = 332.8 m³.

24. En un terreno de pendiente más pronunciada (más del 10 por ciento en cualquier dirección), puede utilizar el método anterior; no constante, las longitudes de la base y las correspondientes secciones transversales, calculadas con el método precedente, no serán lo bastante precisas. Para obtener una estimación razonable, haga como sigue:

(a) Utilice papel cuadriculado y obtenga la longitud de la base mediante medición de la misma. Luego, utilice esta longitud en los cálculos, tal como se ha indicado antes.

(b) Para mayor precisión, calcule la sección transversal ABCD = superficie ADC + superficie ABC = [(FC x AF) ÷ 2] + [(EC x AB) ÷ 2]

25. En superficies especialmente irregulares y puede utilizar uno de los métodos siguientes:

Estime el nivel de |a superficie obteniendo el promedio de las elevaciones de puntos específicos de la superficie y luego calculando las secciones transversales en la forma antes indicada.

Para obtener resultados más precisos, utilice la regla de Simpson con una serie de secciones transversales.
Cuadricule el área y calcule el volumen (en m³) bien sección por sección (véase Topografía) o anotando la elevación de cada punto de intersección de la cuadrícula (en m) y utilizando la fórmula siguiente:

volumen = [(A÷ 4) x (suma de la elevación de los puntos individuales]

+ [2 x (suma de los puntos dobles)]

+ [3 x (suma de los puntos triples)]

+ [4 x (suma de los puntos cuádruples)]

donde A es el área de cada uno de los cuadrados en m².

Ejemplo

En el caso indicado; las elevaciones relativas se marcan en una cuadrícula formada por cuadrados de 1 0 x 10 m, de manera que la superficie de los cuadrados sea A =10 x 10 m = 100 m².

Según la fórmula:

Volumen = (100 m² ÷ 4) x [(3.1 m + 2.0 + 2.6 + 2.0 + 3.1) + 2(2.6 m + 3.5 + 3.0 + 2.0 + 3.5 + 2.5 + 1.8 + 2.0) + 3(2.8 m) + 4(3.1 m + 2.1 + 2.5)] = (100 m²÷ 4) x [(12.8 m) + 2(20.9 m) + 3(2.8 m) + 4(7.7 m)] = (100 m² ÷4) x (93.8 m) = 2 345 m³.

Recuerde: Normalmente deberá corregir este volumen teniendo en cuenta los taludes laterales. Por lo general, es más fácil hacer estos ajustes fuera de la cuadrícula, calculando el volumen adicional bien cuadrado por cuadrado o extrayendo la media en cada lado de la cuadrícula.

Ejemplo: Si en el ejemplo anterior se utiliza un coeficiente de inclinación de 2:1, el volumen adicional se puede estimar de dos maneras:

(a) Estimación cuadrado por cuadrado:

En el primer cuadrado (Sección AB) por ejemplo:

altura media = (3.1 m + 2.0 m) ÷ 2 = 2.55 m;
anchura media = (6.2 m + 4.0 m) ÷ 2 = 5.10 m;
volumen = 0.5 5 (altura x anchura) x longitud

= 0.5 (2.55 m x 5.10 m) x 10 m = 65 m³.

(b) Estimación basada el promedio de cada lado.

En el lado AG, por ejemplo:

altura media = (6.2 m + 2.0 m + 1.8 m + 2.5 m + 3.5 m + 3.1 m) ÷ 6 = 2.66 m;
anchura media = (6.2 m + 4 m + 3.6 m + 5 m + 7 m + 6.2 m) ÷ 6 = 5.33 m;

Altitudes relativas

volumen

= 0.5 (2.66 m x 5.33 m) x 50 m = 354.4 m³.

26. Para estimar el volumen en cada esquina, utilice la siguiente fórmula: V = 0.33 x h x S1h x S2h,

donde h = profundidad de excavación (en m) en la esquina y S1 S2 son los taludes laterales.

Ejemplo

En el caso anterior, en la esquina A, por ejemplo, si los taludes laterales tanto en el lado

como en el extremo son S1 = S2 = 2:1,el volumen del desmonte en la esquina

= 0.33 x 3.1 m x (2 x 3.1 m) x (2 x 3.1 m) = 39.7 m³.

Si la pendiente del extremo hubiera sido 3:1 y la pendiente lateral 2:1, el volumen

= 0.33 x 3.1 m x (3 x 3.1 m) x (2 x 3.1 m) = 59.6 m³.

Recuerde: En los cálculos realizados para construcción y excavación, no utilice métodos que sean más precisos de lo necesario. Dada la dificultad de predecir la expansión y la compactación en forma segura, las estimaciones volumétricas suelen tener, en la práctica, un margen de errar del 10 por dentro. En consecuencia, no tiene sentido buscar una precisión mayor y por ello, no es preciso prever cada pequeña irregularidad o pequeño cambio de pendiente.

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