Cap. 11 | Construccion

11. Obras de defensa contra las inundaciones y la colmatación

11.0 Introducción

1. Su explotación piscícola deberá protegerse centra cuatro factores que constituyen las causas principales de las pérdidas de producción pesquera, a saber:

suministro excesivo de agua;
escorrentía superficial incontrolada;
agua turbia;
corriente de agua rápida.

2. Toda el agua excedente que entre en un estanque piscícola lleno, como las aguas procedentes de crecidas o de la escorrentía, deberá descargarse inmediata y automáticamente. Según el volumen de agua que ha de eliminarse, usted podrá utilizar el propio desagüe del estanque, u otras estructuras tales como rebosaderos por tubos, aliviaderos mecánicos y aliviaderos de emergencia. Aprenderá algo más acerca de cada uno de estos puntos en las Secciones 11.1 a 11.4.

3. Durante las lluvias intensas es posible que el volumen del agua de escorrentía llegue a ser excesivo, en particular para los estanques de presa o los estanques construidos en el fondo de amplios valles con escasa cubierta vegetal. A menudo, en estos casos, el agua de escorrentía está llena también de pequeñas partículas de suelo que la hacen muy turbia. Al pasar por zonas cultivadas es posible que vaya acumulando sustancias tóxicas, como los plaguicidas. Para impedir que está agua llegue a su explotación piscícola, usted deberá protegerla con uno o más canales de protección (Sección 11.5).

4. En ciertas regiones, debido a las condiciones del suelo, el agua disponible para la piscicultura agrícola es muy turbia, sobre todo durante la estación de lluvias. Para limpiarla y mejorar su calidad, podrá construir un estanque provisto de una capa filtrante o de un depósito de decantación (lo que se examina en la Sección 11.6).

11.1. Cómo descargar el agua excedente de los estanques

1. El agua excedente deberá evacuarse del estanque de manera automática y segura. De no ser así, el nivel del agua en el estanque podrá superar el nivel máximo previsto e incluso pasar por encima de los diques. Esto puede provocar daños considerables, que llevan a menudo a la destrucción del dique y a la pérdida de peces.

2. En el manual N° 4 de esta colección, Agua para la piscicultura de agua dulce, nos hemos ocupado de las varias fuentes de agua y los distintos factores que regulan su disponibilidad. Usted habrá podido aprender en qué modo las precipitaciones y las características físicas de las cuencas de captación (tales como su tamaño, pendiente, suelo y vegetación) determinan el volumen de agua que llegará a su explotación piscícola en varios modos (escurrimiento, aguas subterráneas, aguas de manantial o agua corriente). Es posible que parte de esta agua supere las necesidades de su estanque.

3. La cantidad de agua excedente que ha de descargarse varía según el tipo de estanque:

en los estanques de derivación, donde el flujo de entrada está regulado por la entrada del estanque, sólo raramente es necesario descargar el exceso de agua si la estructura de entrada y el estanque están bien cuidados;
también en los estanques sumergidos y en los estanques de presa con un canal de derivación la cantidad de agua excedente es generalmente limitada, salvo en los estanques muy grandes (de 1 a 2 ha o más) durante la temporada de lluvias intensas, cuando las aguas de escorrentía pueden aumentar considerablemente confluyendo en el estanque;
en los estanques de presa que no tienen canal de derivación, la descarga del agua excedente puede variar en volumen y tener carácter permanente o estacional, según el régimen del caudal natural del arroyo de alimentación; durante las crecidas su nivel puede llegar a ser extremadamente alto.

4. Leyendo esta sección, podrá darse cuenta de que el costo de estas obras de regulación del caudal y de protección es tan elevado que justifica una de estas dos decisiones:

el establecimiento de un canal de derivación (Sección 8.6);
la identificación de otro emplazamiento.

5. Hay distintos modos de descargar el exceso de agua desde los estanques piscícolas:

(a) si su estanque piscícola tiene una salida libre, como una compuerta de descarga o un desaguadero «monje», y si el volumen del agua que ha de descargarse sigue siendo bastante limitado, no hace falta ninguna otra estructura. Para descubrir cuánta agua debería poderse descargar a través de las salidas típicas, tenga presente lo siguiente:

para las compuertas de descarga, véanse el Gráfico 6 y los Cuadros 32 y 33 (Capitulo 7); y
para la tubería del desaguadero, véanse los Cuadros 12, 13 y 14 (Sección 3.8).
De ser posible, a menudo resulta más barato hacer una salida de estanque más grande de lo normal que construir una nueva estructura.

Nota: Recuerde que debe limpiar regularmente las rejillas de salida de modo que el agua excedente pueda fluir fácilmente a través de ellas

111Como

(b) Si su estanque no tiene ninguna salida libre, o si esta es demasiado pequeña y la cantidad del agua excedente que ha de descargarse suele ser limitada, el desagüe podrá efectuarse por tubería (Sección 11.2).

6. Para ayudarle a elegir el tipo de estructura más adecuada para descargar el agua excedente de su estanque, consulte el Cuadro 49.

Cuadro 49. Estructuras para descargar el exceso de agua de los estanques

Desaguadero, compuerta, Rebosadero por tubos - Aliviadero mecánico - Aliviadero de emergencia

co49

11.2. Rebosadero por tubos

1. Para eliminar el exceso de agua con un flujo normal que sea razonablemente limitado, podrá utilizar un rebosadero por tubería construido en la parte superior del dique.

Selección del tipo adecuado de rebosadero por tubos

2. El número de tubos y su diámetro interior deberán seleccionarse de conformidad con el caudal máximo de agua que debe descargarse. Habitualmente no se instalan más de dos o tres tubos por lado, y el diámetro de cada uno sólo es de 15 a 20 cm. Estime la capacidad de descarga de agua de los tubos basándose en el cuadro que figura a continuación para determinar cuál es el tipo de rebosadero que necesita.

112Rebosadero

Nota: Cada vez que utilice un tubo para quitar el exceso de agua, recuerde que su capacidad depende no sólo del diámetro interior, sino también de la altura de presión (véase Cuadro 12).

Construcción de un rebosadero por tubos

3. Al construir un rebosadero con tubos recuerde lo siguiente:

(a) Coloque el rebosadero en un extremo del dique.

(b) Sujételo firmemente a la parte superior del dique.

(c) Cerciórese de que el tubo sea bastante largo como para que el agua excedente caiga más allá del pie de muro del dique para evitar que éste se erosione.

(d) Otra posibilidad, si el dique es sólido y usted cuenta con el material necesario, es crear una zona protegida utilizando cantos rodados burdos y cemento o una tubería larga cortada en forma de canal semicircular que permita al agua correr a lo largo de la pendiente.

(e) Incline el tubo ligeramente de modo que:

su abertura en el interior se halle de 15 a 20 cm por debajo del nivel máximo de agua en el estanque, para impedir que la broza flotante obstruya el conducto;
su abertura exterior se halle al nivel máximo del agua y a través de ella se descargue toda el agua excedente.

Nota: Si usted desea evacuar el agua más fría y profunda, utilice un rebosadero inclinado hacia abajo en su extremo interno.

Selección del tipo de tubo que ha de utilizarse

4. Son tres los tipos de tubos más utilizados como rebosaderos:

tubos de bambú (véase Sección 3.1);
tubos de hierro galvanizado (véase Sección 3.8);
tubos de plástico (véase Sección 3.8).

5. Es mejor utilizar los tubos de una sola pieza, evitando cualquier tipo de junta. Si el tubo cede o llega mucho más allá de la parte exterior del dique, quizá convenga instalar algunos soportes sencillos, hechos por ejemplo de madera o bambú.

11.3. El aliviadero mecánico

1. Para poder evacuar con regularidad un gran volumen de agua excedente, deberá construir una estructura abierta, denominada aliviadero mecánico, con su canal de desagüe.

¿Qué es un aliviadero mecánico?

2. Un aliviadero mecánico consta de los siguientes elementos:

una parte horizontal llamada coronación, a través de la cual corre el agua;
dos paredes laterales verticales, cada una con una única ranura;
una tabla vertical y/o una rejilla de trama gruesa fijada en las ranuras.

3. El nivel de la coronación regula el nivel a partir del cual empezará a evacuarse el agua excedente del estanque.

4. La anchura de la coronación y la altura de las paredes laterales determinan la capacidad máxima de descarga de agua del aliviadero.

5. En las ranuras puede instalarse una tabla para regular de manera aproximada la altura de la coronación. La rejilla de trama gruesa contribuye a evitar las pérdidas de peces, en especial cuando hay que sacar una gran cantidad de agua. Sin embargo, si existe el riesgo de que está se obstruya por exceso de material flotante, sería mejor instalar por dentro otra rejilla más grande. De todos modos, las rejillas deberán mantenerse limpias.

Ubicación del aliviadero mecánico

Diseño de un aliviadero mecánico

6. Para diseñar un aliviadero mecánico, deberá determinar cuál es la descarga Q semipermanente o permanente

(en m³/s) que debe eliminarse mediante la estructura. Esta deberá equivaler al caudal máximo normal menos el agua utilizada en la explotación piscícola.

7. Conociendo el valor de Q, calcule la anchura de la coronación W (en m) de la manera siguiente: W = Q ÷ F

donde W (en m) no sea superior a 1.5 m;

F es un factor que depende de la altura máxima (H) del agua que pasa por encima de la coronación del aliviadero, establecido habitualmente en unos 0,25 m (Gráfico 13).

Nota: Si decide que W debe ser superior a 1,50 m, a menudo es más simple instalar dos o incluso tres secciones de aliviadero, cada una de menos de 1,50 m. Si el aliviadero mecánico tiene una anchura de más de 4,5 m, deberá diseñarlo con el asesoramiento de un ingeniero.

Grafico 13. Valor de F en aliviaderos con diferentes alturas de agua

Aliviadero mecánico de bloques de hormigón

graf13

Ejemplo

El caudal máximo normal durante la estación de lluvias se calcula en 156 l/s.

En ese período del año usted empleará al menos 4 l/s de agua para la explotación piscícola.
El agua excedente Q = 156 l/s - 4 l/s = 152 l/s o 0.152 m³/s.
Puede preverse el empleo de un aliviadero mecánico cuando la altura máxima sobre la coronación H es de 0.25 m.
Del Gráfico 13 se obtiene F = 0,18.
Por lo tanto, la anchura de la coronación deberá ser: W = 0.152 m³/s ÷ 0.18 = 0.84 m.
Construya un aliviadero de al llenos 0,85 a 0,90 m de ancho.

8. Establezca la coronación en el mismo nivel que el nivel máximo del agua en el estanque.

Nota: El nivel de la coronación más la altura máxima del agua sobre la coronación no deberán exceder del nivel de agua que se considere seguro para el estanque. Deberán quedar todavía al menos 20 cm de sobreelevación en la proximidad de los diques.

Construcción de un aliviadero mecánico

9. Siempre que sea posible, deberá construir el aliviadero en un suelo natural bien asentado. A menos que no se haya fortalecido y construido de manera especial, el propio dique de un estanque normal suele resultar inadecuado porque en breve los movimientos del suelo provocarían grietas en la estructura y la erosión empezaría a provocar daños ulteriores, además de afectar al mismo dique. Construir con una técnica especial un tramo de aliviadero dentro de un dique resulta generalmente costoso y requiere mucha atención.

10. Es mejor que el aliviadero se construya lejos del dique, y en la vertiente llenos inclinada del valle.

11. Podrá construir el aliviadero con piedras, ladrillos cocidos o bloques de hormigón. Podrá emplear asimismo hormigón u hormigón armado.

Diseño y construcción del canal del aliviadero

12. La función del canal del aliviadero es eliminar el agua excedente descargándola a través del aliviadero y encauzarla de manera segura hacia la línea de base exterior del dique.

13. Al diseñar y construir el canal del aliviadero, tenga en cuenta las siguientes indicaciones:

(a) Construya el canal en torno al dique, a unos 10 m por lo menos desde su extremo lateral y a unos 20 a 25 m desde su línea de base externa.

(b) La sección trasversal del canal deberá ser rectangular o trapezoidal e igual o superior a la sección trasversal mojada del aliviadero al nivel de descarga máxima.

(d) La caída total con respecto a la elevación del canal no deberá exceder normalmente de 1 m por 20 m de longitud. Compruebe la velocidad del agua (Sección 8.2) para estar seguro de que ésta no supere los límites de seguridad establecidos en relación con el material que utilizara.

(e) Si la caída, respecto de la elevación, es superior a 1 m por 20 m de longitud, será mejor utilizar:

tramos de canal revestidos de cantos rodados u hormigón; o bien
series de canales horizontales y de caídas (Sección 8.7); o bien
una combinación de ambas obras.

(f) Si utiliza un sistema de caídas, construya el primer tramo horizontal a un nivel igual o ligeramente inferior al de la coronación del aliviadero, por una longitud de al llenos 5 m. Podrá utilizar también un tramo inclinado colocado al lado de la coronación.

(g) Construya el último tramo horizontal a un nivel tal que el nivel del agua contenida en el mismo sea aproximadamente igual al del agua del estanque.

(h) Las caídas pueden construirse con roca, ladrillos, bloques o, más frecuentemente, hormigón (Sección 8.7, párrafos 21 a 25). Asimismo, podrá construir una estructura sencilla hecha de madera, pero está necesita un mayor mantenimiento.

Sección trasversal del canal del aliviadero con estructuras de caída

Ejemplo

Considerando el caso anterior, el caudal del aliviadero es de 0.152 m³/s. La diferencia de altura entre el nivel máximo del estanque (coronación del aliviadero) y el nivel básico del punto de entrada es de 2,5 m.

La longitud total del canal es de 30 m. La caída media es por lo tanto de 2,5 m H- 30 m, o bien de 1:12, lo que constituye una pendiente demasiado pronunciada. Sería mejor un canal con caídas como las

que se indican. Serían suficientes dos o tres caídas, pero se puede colocar un mayor número de caídas más pequeñas.

Sección trasversal de la coronación

Tendrá que comprobar el caudal y la velocidad:

La velocidad aumenta en las partes más inclinadas del canal, tales como los tramos A o D, en los que el gradiente es de 0,1 m/5 m y S es igual a 0,02.
Como se deduce de la Sección 8.2, un canal rectangular de 0,85 mm de anchura (igual a la anchura del aliviadero), con un coeficiente de rugosidad n = 0,025 (Cuadro 37), llevaría un caudal con una profundidad de unos 0,15 m y una velocidad de 1,3 m/s.
Como se deduce del Cuadro 35, si (según los materiales del canal) esta velocidad resulta excesiva es mejor que los tramos entre las caídas sean más horizontales, con una profundidad ligeramente superior o mayor anchura.

11.4. El aliviadero de emergencia

1. La función de un aliviadero de emergencia consiste en reducir una masa excepcional de agua, superior a la que puede descargarse en circunstancias normales a través de la estructura de salida del estanque, el rebosadero por tubos y/o el aliviadero mecánico.

Nota: Utilice un aliviadero de emergencia sólo donde los suelos y la topografía lo permitan, tal como se examina más adelante en esta sección. De no poder hacerlo, es posible que tenga que utilizar un aliviadero mecánico más grande o incluso examinar la posibilidad de elegir otro emplazamiento.

¿Qué es un aliviadero de emergencia?

2. Un aliviadero de emergencia suele ser una obra de tierra que consta de:

una parte horizontal denominada coronación;
dos paredes laterales inclinadas que le dan una sección trapezoidal;
un canal de entrada, suavemente inclinado hacia la coronación, que lleva el exceso de agua a la estructura;

114Elaliviadero

un canal de salida, suavemente inclinado en dirección opuesta a la de la coronación, que permite que el agua excedente salga del dique de manera segura.

3. Hay dos tipos de aliviaderos de emergencia:

los aliviaderos naturales, que aprovechan la pendiente natural del terreno;
los aliviaderos excavados, que suponen una labor de desmonte.

4. Por lo general, cuando sea posible, deberán preferirse los aliviaderos naturales, siendo especialmente indicados los practicados en la roca.

Selección de la sobreelevación del dique

5. Cuando se utiliza un aliviadero de emergencia, la sobreelevación mínima del dique equivaldrá a la diferencia de altura entre la parte superior del dique y el nivel de la coronación del propio aliviadero (véase Sección 6.1). De esa manera se establece también la altura máxima del agua sobre el aliviadero, antes de que el dique se desborde.

6. Elija una sobreelevación poco profunda. Para los estanques con una altura máxima del agua de llenos de 3 m, la sobreelevación deberla ser al menos de 0,60 m, pero no superior a 1 m.

Determinación de la anchura del aliviadero de emergencia

7. La anchura que debe darse al aliviadero depende de una combinación de factores: tamaño de la cuenca de captación que alimenta el estanque, del caudal máximo que ha de descargarse y sobreelevación del dique. Para calcular la anchura del aliviadero de emergencia, proceda de la manera siguiente:

Nota: En condiciones adecuadas puede combinar un aliviadero mecánico con otro de emergencia.

(a) Determine el tamaño de la cuenca de captación (en ha) de su estanque.

(b) Determine, a partir del gráfico, el factor de descarga del agua de las crecidas, FD, para una sobreelevación máxima de 1 m y según el tamaño del área de captación.

FD = factor de descarga del agua de las crecidas

(c) Basándose en los datos meteorológicos, calcule el promedio de las precipitaciones anuales (en mm) de la región donde se halla la cuenca de captación.

(d) Determine la longitud de la cuenca (en km).

(e) Determine, a partir del gráfico, el factor de intensidad de las precipitaciones, RF, según las precipitaciones anuales medias y la longitud de la cuenca.

(f) Según la cubierta vegetal predominante en la cuenca, determine el factor VF a partir del gráfico.

(g) Según la naturaleza predominante del suelo de la cuenca, determine el factor SF, a partir del gráfico.

(h) Según la pendiente general de la cuenca, determine el factor PF a partir del gráfico.

donde

FD es el factor de descarga del agua de las crecidas;

RF es el factor de intensidad de la pluviosidad;

TF es el factor topográfico.

PF = Factor de la pendiente

RF = factor de intensidad de las precipitaciones

(i) Calcule el factor topográfico, TF de la manera siguiente TF = VF + SF + PF

VF = factor de la cubierta vegetal

SF = factor del suelo

(j) Calcule la anchura necesaria para el aliviadero de emergencia (en m) de la manera siguiente: W = FD x RF x TF

Ejemplo

Una cuenca de captación de 150 ha tiene 2 km de longitud. Las precipitaciones anuales medías son de 800 mm. El área está densamente cubierta de césped y tiene suelos profundos, moderadamente permeables. La pendiente general es moderada (del 5 al 10 por ciento). El dique ha de construirse con una sobreelevación de 0,80 m.

(a) A partir de los gráficos, calcule sucesivamente: FD = 54; RF = 0.66; TF = 0.10 + 0.20 + 0.10 = 0.40

(b) Por lo tanto W = 54 x 0.66 x 0.40 = 14.256 m.

Elija una anchura de 15 m para el aliviadero de emergencia.

Diseño del aliviadero de emergencia

8. Al diseñar el aliviadero recuerde lo siguiente:

(a) El nivel de la coronación del aliviadero deberá ser:

de 5 a 10 cm más alto que el nivel máximo del agua, si no hay ningún aliviadero mecánico;
unos 25 cm superiores al nivel de la coronación del aliviadero mecánico, según la altura máxima del agua que se deja correr a través del mismo (Sección 11.3).

(b) La longitud de la coronación horizontal deberá ser al menos de 8 m.

(d) El canal de entrada deberá ser razonablemente corto y tener curvas suaves y de gran radio. La pendiente del fondo deberá ser al menos del 2 por ciento; sus taludes laterales al menos de 3:1; y su embocadura, al menos una vez y media más amplia que la de la coronación.

(e) El canal de salida deberá construirse en suelos homogéneos con pendiente natural poco accidentada. Para evitar la erosión, la pendiente del fondo deberá ser regular y no demasiado empinada. La dirección de la pendiente deberá asegurar que el agua

descargada no vuelva hacia atrás chocando contra alguna parte del dique. Las pendientes laterales deberán ser al menos de 3:1.

Nota: Siempre que sea posible, elija un canal natural para la salida del aliviadero.

Localización del aliviadero de emergencia

9. El aliviadero deberá construirse en un extremo del dique, del cual quedará separado por una faja de terreno no accidentado.

10. Deberá pasar alrededor de la extremidad del dique y prolongarse aguas abajo, con una ligera pendiente, hacia algún canal de seguridad bien lejos del pie de muro del dique.

11. De ser necesario, puede utilizar el mismo emplazamiento tanto para el aliviadero de emergencia como para el aliviadero mecánico y su canal. Sin embargo, tiene que estar seguro de que el canal pueda conducir el caudal de emergencia. De este modo, el tamaño del aliviadero deberá determinarse según los caudales de emergencia. Como indicación orientativa, la superficie de la sección trasversal del canal deberá ser igual a la del aliviadero de emergencia.

12. Las características y topografía de los suelos son muy importantes para elegir el emplazamiento del aliviadero. El suelo deberá ser natural, no accidentado y resistente a la erosión hidráulica.

13. Tendrá que efectuar levantamientos topográficos y estudios pedológicos detallados antes de decidir la ubicación del aliviadero de emergencia. Evite los suelos de arena suelta y demás suelos altamente erosionables. Busque zonas con pendientes suaves y regulares.

Protección del aliviadero de emergencia

14. Para impedir que el agua turbulenta erosione el aliviadero de emergencia, usted deberá protegerlo.

15. Si el suelo y las condiciones atmosféricas no permiten que crezca la vegetación en el fondo y las paredes laterales del aliviadero, protéjase como se indica a continuación:

fortalezca la coronación con refuerzos de madera;
cubra las paredes laterales con matorrales fijos o tablas de madera;
coloque piedras, bien compactadas y rellenadas con tierra.

16. Siempre que sea posible, proteja el aliviadero con una densa cubierta de césped, utilizando preferentemente gramíneas perennes, tal como se recomienda en la Sección 6.9.

(a) Lo antes posible, una vez terminada la construcción, prepare la capa superficial del suelo y aplique fertilizantes.

(b) Siembra hierbas adecuadas o trasplantarlas.

(d) Riéguelo abundantemente, si es necesario, durante los períodos secos.

11.5.. Canales de protección

1 Las zanjas o canales de protección se construyen para sacar el agua de escorrentía excedente desde una determinada área, y habitualmente se construyen para lograr uno de los tres objetivos siguientes:

proteger una carretera o un camino de acceso;
proteger un canal de alimentación;
proteger un estanque piscícola.

2. Para proteger una carretera o un canal de alimentación, excave el canal cuesta arriba y en dirección paralela a la de la carretera o canal de alimentación que desea proteger. De este modo, recogerá y evacuará por gravedad el agua de escorrentía. Según la topografía local y el diseño de su explotación piscícola, es posible que haya que llevar el agua de escorrentía siguiendo un itinerario que cruce la carretera o el canal de alimentación. En este caso, podrá usar una tubería corta (Sección 8.9) o un acueducto (Sección 8.8) y hacer que el agua de escorrentía pase:

por encima del canal de alimentación o de la carretera, o bien
por debajo del canal de alimentación o de la carretera.

3. En caso de que se trate de una carretera, podrá utilizar también un vado sencillo o un canal inclinado.

4. Cuando se utilizan para estos fines, los canales de protección son por lo general bastante pequeños, normalmente de 0,5 a 1,5 m de ancho.

115Canales

Compruebe en la zona qué tipos de canales se utilizan en las cunetas de las carreteras y utilízalos como guía.

5. Para proteger un estanque piscícola excave el canal de protección más arriba del estanque y entorno a él.

Protección de un canal de suministro de agua

Protección de carreteras

Protección de estanques

6. Estos canales pueden utilizarse también para almacenar el agua de lluvia durante los períodos secos. Luego, se podrá hacer llegar el agua hasta el canal, en caso necesario, incluso después de que se haya agotado su suministro normal. En este caso, tendrá que construir el canal de protección de manera que el nivel de su fondo sea superior al nivel máximo del agua en el estanque. En su extremo deberá construir un rebosadero para descargar el agua excedente.

7. Si el canal de protección de un estanque es bastante ancho (por ejemplo, de 3 a 4 m), puede utilizarse también para limitar el acceso al estanque.

Nota: En algunos lugares puede resultar útil construir estanques de almacenamiento en terrazas.

11.6. Estanques de sedimentación

1. Un estanque de sedimentación está diseñado específicamente para mejorar la calidad del agua mediante la eliminación de las partículas de suelo mineral, como arenilla y sedimentos, que pueden encontrarse en grandes cantidades en algunas aguas de elevada turbidez. Ello se logra reduciendo la velocidad del agua en medida suficiente como para permitir que las partículas se depositen en el fondo.

116Estanques

Su capacidad de sedimentación está determinada por su velocidad de sedimentación Vs (en m/s), que disminuye a medida que se reduce el tamaño de las partículas. Es importante también la velocidad horizontal crítica Ve (en m/s). Esta consiste en la velocidad del caudal necesaria para recoger y arrastrar una partícula después de que se ha sedimentado. También esta velocidad disminuye a medida que se reduce el tamaño de las partículas. En el cuadro se muestran los valores típicos de estas velocidades.

2. Hay diferentes tipos de estanques de sedimentación:

un pequeño estanque sencillo, construido en la parte inicial del canal de alimentación:
una cuenca rectangular construida sobre el canal de alimentación con ladrillos, bloques de cemento u hormigón.

Diseño del estanque de sedimentación

3. Si el estanque de sedimentación es un simple estanque rectangular, puede determinar su tamaño de la manera siguiente:

(a) Su superficie horizontal mínima B (en m²) se calcula como sigue: B = (Q ÷ Vs) x E

donde

Q (en m³/s) es el caudal máximo de agua que debe descargarse;

Estanque de sedimentación

Vs (en m/s) es la velocidad de sedimentación de las partículas más pequeñas que deben eliminarse (véase el cuadro);

E es el factor de margen en los extremos, es decir el espacio adicional necesario en cada extremo para permitir que el agua corra suave y uniformemente. Normalmente E = 1.3 ó 1.4.

Ejemplo

Si Q = 30 l/s = 0.030 m²/s, para que se sedimente una partícula con un diámetro superior o igual a 0,1 mm, Vs = 0,007 m/s. Por lo tanto, la superficie horizontal mínima del estanque de sedimentación B = (0.030 m³/s ÷ 0.007 m/s) x 1.3 = 5.57 m² = 5.6 m². Considere B = 5.6 m².

Nota: En estas condiciones ideales, deberían depositarse el 100 por ciento de las partículas de 0,1 mm o más grandes. Se sedimentarán asimismo una menor proporción de partículas más pequeñas. Cuantas más pequeñas son las partículas, menor es su porcentaje de sedimentación.

(b) La superficie de la sección trasversal A (en m²) se calcula como sigue: A = Q ÷ V

donde

Q (en m³/s) es el caudal máximo del agua que debe descargarse;

V (en m/s) es la velocidad seleccionada del agua, que deberá ser inferior a la velocidad crítica

Vc (véase el cuadro), según el tamaño de la partícula más pequeña que ha de eliminarse de la cuenca.

Ejemplo

Siguiendo el ejemplo anterior, considero que V = 0,10 m/s, para evitar que se eliminen las partículas con un diámetro superior o igual a 0,1 mm (según el cuadro, para las partículas con un diámetro de 0,1 mm, Vc = 0,20 m/s). Calcule la sección trasversal mínima del estanque decantador de la manera siguiente: A = 0,030 m³/s 4- 0,10 m/s = 0.3 m².

donde

A (en m²) es la superficie trasversal mínima; y

h (en m) es la altura máxima del agua en el estanque.

Ejemplo

Si para el ejemplo anterior adoptáramos los siguientes valores, A = 0.3 m² y h = 0.25 m, la anchura mínima del estanque de sedimentación seria w = 0.3 m² ÷ 0.25 m = 1.2 m.

(d) Su longitud normalizada, L (en m) se calcula como sigue: L = B ÷ w

donde

B (en m²) es el área horizontal mínima; y

w (en m) es la anchura mínima.

Ejemplo

Si para el ejemplo anterior adoptáramos los siguientes valores, B = 5.6 m² and w = 1.2 m, tendríamos entonces la longitud estándar L = 5.6 m² ÷ 1.2 m = 4.6 m.

(e) Sus dimensiones totales:

anchura interna = w (en m);
longitud interna = L (en m); y
altura (en m) = altura del agua (h en m) + sobreelevación (0.20 m) + altura del estanque de sedimentación (0.10 to 0.20 m).

Ejemplo

En el ejemplo anterior, las características del estanque de sedimentación serán:

anchura interna, w = 1.2 m
longitud interna, L = 4.6 m
altura = 0.25 m + 0.20 m + 0.15 m = 0.60 m

Note: El estanque de sedimentación puede ser más ancho, con una sección trasversal más grande. Esto permitirá luego reducir la longitud estándar. Mientras no se superen las velocidades críticas, al estanque se le puede dar una forma que permita adaptarlo al espacio disponible y reducir al mínimo los costos de construcción. Por norma general, las relaciones de longitud: anchura suelen ser de 2:1 a 5:1.

4. El fondo del estanque de sedimentación se construye a un nivel inferior al del fondo del canal de alimentación, para concentrar las 184 partículas de suelo recogidas del agua que entra.

Como mejorar el diseño del estanque de sedimentación

5. Puede mejorar el diseño anterior en los siguientes modos:

(a) En la entrada, haga que el agua pase por un amplio borde similar a un vertedero, cerca de la superficie del estanque, para reducir al mínimo la agitación del agua.

(b) En la salida, de manera análoga, deje correr el agua sobre un amplio borde cerca de la superficie del estanque.

Estanque de sedimentación mejorado

(d) Dentro del estanque, añada algunas pantallas amortiguadoras para reducir ulteriormente la velocidad del agua y dejarla fluir siguiendo un recorrido zigzagueante más largo. Con estas pantallas puede reducir en un tercio la longitud del estanque.

(e) Asegúrese de que el agua fluya suave y uniformemente a través del estanque de sedimentación. Evite la formación de zonas de turbulencia o de flujo rápido.

(f) Dé una inclinación al fondo (pendiente del 2 por ciento), desde la extremidad aguas abajo hasta la entrada del estanque.

6. Deberá limpiar regularmente el estanque de sedimentación eliminando las partículas de suelo que se han ido acumulando en el fondo, tras cerrar el suministro de agua. Podrá también eliminar estas partículas de manera más regular utilizando un simple tubo o sifón. Habitualmente el suelo es muy fértil y usted podrá aprovecharlo en sus huertos y campos para que los cultivos crezcan mejor.

11.7. Cuencos amortiguadores

1. Los cuencos amortiguadores se usan normalmente para reducir la velocidad del agua a medida que ésta sale del tubo de descarga de una bomba; dichos cuencos contribuyen también a la sedimentación de teda partícula de arena absorbida por la bomba. De diseñarse de manera apropiada, pueden utilizarse asimismo como cuencos amortiguadores para partículas de suelo más pequeñas.

2. La velocidad media del agua descargada desde el cuenco amortiguador deberá reducirse hasta un nivel inferior a la velocidad máxima admisible en el canal de alimentación para evitar la erosión del mismo (Sección 8.2 y Cuadro 35).

3. Un cuenco amortiguador tiene generalmente una base cuadrada y una altura superior a la base. Puede construirse con ladrillos, bloques de cemento u hormigón.

117Cuencos

Diseño del cuenco amortiguador

4. Al diseñar el cuenco amortiguador, proceda de la manera siguiente:

(a) Determine el desnivel máximo del agua d (en m) entre la superficie del agua aguas arriba del cuenco y la superficie del agua aguas abajo, en el canal de alimentación.

(b) Estime de la manera siguiente el volumen mínimo V (en m³) que debe tener el cuenco: V= (Q x d) ÷ 125

donde

d (en m) es el desnivel máximo del agua;

Q (en l/s) es el caudal máximo del agua que ha de descargarse.

Nota: Si desea que el cuenco amortiguador funcione también como estanque decantador (Sección 11.6), divida (Q x d) por 40 en lugar de 125.

donde d (en m) es el desnivel máximo del agua (véase arriba).

(d) Determine de la manera siguiente la anchura interna w (en m) en el canal de alimentación: h = h (canal de alimentación) + 0.10

donde h (canal de alimentación) es la altura del agua (en m) en el canal de alimentación, aguas abajo con respecto al cuenco.

(e) Determine la anchura interna w (en m) del cuenco, que deberá ser mayor que la anchura del canal aguas arriba, de la manera siguiente: w = V ÷ (L x h)

donde

V (en m³) es el volumen del cuenco;

L (en m) es la longitud; y

h (en m) es la altura del agua.

(f) Determine la anchura de la toma de agua (en m), en la entrada del cuenco, de la manera siguiente: w (toma de agua) = w - 0.20 m

donde w (en m) es la anchura interna del cuenco.

Ejemplo

Si el desnivel máximo del agua es d = 0,40 m y el caudal máximo del agua que debe descargarse es Q = 50 l/s, entonces:

V = (50 x 0.40) ÷ 125 = 0.16 m³;

L deberá ser igual o superior a 1.5 x 0.40 m = 0.60 m (por ejemplo, suponiendo que L = 0,70 m);

h = 0.30 m + 0.10 m = 0.40 m (con 0,30 m de agua en el canal de alimentación);

w = 0.16 m³ ÷ (0.70 m x 0.40 m) = 0.16 m³ ÷ 0.28 m² = 0.57 m; considere que w= 0.60 m;

w (toma de agua) = 0.60 m - 0.20 m = 0.40 m.

Cómo mejorar el diseño del cuenco amortiguador

5. El diseño anterior podrá mejorarse añadiendo al fondo del cuenco una serie de hierros en escuadra en hileras alternas. Estos hierros deberán cementarse verticalmente en el fondo del cuenco y prolongarse unos 0,30 m por encima del mismo.

Estanque de sedimentación mejorado

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