Factores de vulnerabilidad: fragilidad y resiliencia

Transcripción

1 trucción de un microrreservorio, conociendo las características de la amenaza más significativa en la zona de localización que podría afectar su estructura, es imprescindible proceder a evaluar la mejor ubicación del sistema y sus componentes. La localización del microrreservorio deberá reducir al máximo los probables daños y pérdidas que puede sufrir ante la manifestación del fenómeno físico potencialmente dañino. Una adecuada localización del sistema y sus componentes garantizará un buen nivel de seguridad. Factores de vulnerabilidad: fragilidad y resiliencia Fragilidad: nivel de resistencia del sistema frente a la amenaza. Asegurada una buena localización, se procederá a diseñar el sistema y sus componentes (el microrreservorio) tomando en cuenta que el diseño debe responder a las particularidades de la zona y las características de la amenaza identificada en este territorio, definiendo el uso de tecnologías innovadoras y resistentes para reducir su nivel de fragilidad. Resiliencia: capacidad de recuperación o de adaptación. De igual forma, se procederá a analizar las características de la familia en cuanto a su capacidad de recuperarse de posibles daños. Esto incluye proyectar el nivel de fortaleza de sus medios de vida, los mecanismos de preparación y respuesta frente a emergencias, así como las prácticas que conocen o aplican para operar, mantener y mejorar la infraestructura productiva. Este análisis permitirá estimar el grado de resiliencia, recuperación o adaptación de la familia o el grupo social beneficiario de esta infraestructura o la capacidad de recuperar el servicio en forma autónoma, después de haber sufrido una situación de daño o desastre. No hay que olvidar que al proteger, mejorar y fortalecer los medios de vida de las familias se está incrementando su nivel de resiliencia y, por lo tanto, reduciendo su nivel de vulnerabilidad (recuadro 7). Recuadro 7 El grado de vulnerabilidad en zonas de sierra Las familias, sus medios de vida e infraestructura son vulnerables porque: 1. Sus infraestructuras y actividades económicas son frágiles ante deslizamientos, inundaciones, heladas, granizadas y sequías, entre otros factores que presentan un potencial destructivo. 2. Sus recursos para fortalecer sus medios de vida son escasos. 3. Su nivel organizacional suele ser débil, sus mecanismos de autoprotección son frágiles, al igual que su capacidad de incidir para ser protegidos socialmente por las instancias de gobierno. 4. Sus carencias y la débil presencia de servicios públicos de calidad no les permiten una buena educación, salud y nutrición que les brinde bienestar. Un sistema de microrreservorio en una chacra familiar reduce la vulnerabilidad de la familia, entre otros por lo siguiente: se salvan cosechas, se aumenta la productividad, se mejora el microclima dentro del terreno de cultivo, se mejora la calidad de la nutrición en la familia, se logra producir en épocas de carencia de agua, se obtiene mayores ingresos al vender los productos en el mercado. Finalmente, se incrementa el nivel de resiliencia (capacidad de recuperación). 79

2 La matriz presentada en el recuadro 8 puede ayudar al análisis participativo de la vulnerabilidad. Recuadro 8: Matriz para análisis participativo de la vulnerabilidad. Amenaza (Cada amenaza necesita un análisis de vulnerabilidad diferente) Registrar la o las amenazas con mayor potencial destructivo. Grado de exposición a la amenaza La localización de la estructura podría acarrear daños o pérdidas? Registrar información del grado de exposición de la estructura frente a la amenaza y la probabilidad de que se generen daños y pérdidas. Fragilidad Qué hace o haría que el microrreservorio se vea afectado por la manifestación de esta amenaza? Registrar las situaciones que harían a las familias susceptibles a sufrir daños o pérdidas en su infraestructura ante la manifestación de la amenaza: el tipo de diseño, la tecnología aplicada o por aplicar, los materiales usados o a usar. Vulnerabilidad Qué capacidades y recursos tienen las familias para gestionar su desarrollo y responder frente a emergencias? Identificar los elementos de autoprotección y recuperación, así como su posible grado de efectividad. Resiliencia Qué prácticas manejan las familias y sus organizaciones? Registrar las prácticas que aplican las familias y las organizaciones para operar y dar mantenimiento a su infraestructura y la autoprotección frente a emergencias ocasionadas por desastres. 5. Análisis y cuantificación del riesgo El riesgo es la probabilidad de daños y pérdidas de una persona, una familia o un grupo social ante la manifestación de una amenaza y la interacción de esta con los elementos vulnerables. El riesgo se construye socialmente, en periodos históricos a veces muy largos es latente, dinámico y cambiante; se expresa de forma más precisa en espacios sociales de carácter local. Un riesgo no asume un solo valor absoluto, puede ser materia de estadísticas relativamente objetivas pero también de percepciones muy subjetivas. El riesgo en su connotación más cabalmente social se construye sobre las condiciones de riesgo cotidiano en que viven millones de personas en el país. Estas condiciones son producto de las modalidades de creación, acumulación, acceso y distribución de riqueza en la sociedad. Los desastres son el producto de condiciones preexistentes de amenaza y vulnerabilidad, es decir, están antecedidos por la existencia de determinadas condiciones de riesgo: el riesgo materializado o no manejado, que a su vez encierra y crea nuevos escenarios de riesgo para la sociedad. El riesgo representa contextos de crisis socioambiental en que la resiliencia y la resistencia de la sociedad son insuficientes o han sido minadas por procesos sociales y ambientales adversos. El riesgo es cuantificable y valorable, por lo que su análisis no debe reducirse solo a su identificación. Su valorización permitirá establecer el costo-beneficio de las alternativas o las medidas identificadas para su reducción. Así, el análisis del riesgo de una infraestructura como un microrreservorio debe considerar los daños y las pérdidas que podría ocasionar su colapso: en su estructura, el terreno, las actividades económicas que sustenta y el valor del agua que dejaría de utilizarse, entre otros aspectos (recuadro 9). 80

3 Recuadro 9 Los probables daños y pérdidas Una familia vulnerable puede sufrir daños y pérdidas en su infraestructura, actividades económicas y servicios si está expuesta a un fenómeno físico con potencial destructivo. Si pierde un microrreservorio, que es parte de su capital físico y fortalece su medio de vida, no solo perdería la infraestructura; también es probable que su sembrío sea dañado y, por lo tanto, su cosecha disminuiría o se perdería. Esto produciría efectos como reducción de la reserva alimentaria familiar, desvinculación del mercado y reducción de ingresos, pérdida de capital y de oportunidades, en suma, mayor pobreza. Las amenazas que podrían ocasionar daños a un microrreservorio podrían ser lluvias intensas, deslizamientos y erosión; por lo tanto, un análisis del riesgo debe cuantificar y valorizar los probables daños y pérdidas que tendría la familia si se manifiestan estos fenómenos en su zona. Valorizar cuánto se perdería en infraestructura, agua perdida y producción dañada; pero también valorizar la disminución en las siguientes campañas y el gasto en compra de alimentos, entre otros. La matriz presentada en el recuadro 10 permite realizar el análisis, la cuantificación y la valoración del riesgo. Recuadro 10: Matriz para análisis participativo del riesgo. Amenaza (Cada amenaza necesita un análisis de los daños y las pérdidas que ocasionaría) Qué daños y pérdidas ocasionaría esta amenaza? Cuánto se dañaría o perdería? Cuál es el valor de los daños y las pérdidas? Qué impactos generarían estos daños y pérdidas? Registrar la o las amenazas con mayor potencial destructivo. Identificar los daños y las pérdidas que ocasionaría la manifestación de la amenaza a la estructura, los bienes y los servicios. Cuantificar los daños y las pérdidas en hectáreas, toneladas, unidades, etc. Valorizar los daños y las pérdidas en soles o dólares. Identificar los impactos directos e indirectos que ocasionarían estos daños y pérdidas: pérdida de empleos, disminución de ingresos familiares y desarticulación del mercado, entre otros. 6. Reducción del riesgo y oportunidades ambientales El análisis, la cuantificación y la valoración del riesgo permitirán examinar el costo-beneficio de las medidas que se pretendan tomar para reducir los factores de vulnerabilidad en las personas, las familias o los grupos sociales. Reducir el riesgo implica reducir el nivel de vulnerabilidad en las personas, las familias y las comunidades; por lo tanto, las medidas identificadas están estrechamente relacionadas con los factores de vulnerabilidad analizados en el ejercicio del análisis del riesgo. Estas medidas estarán orientadas a reducir la vulnerabilidad existente (gestión correctiva), no generar nuevas condiciones de vulnerabilidad (gestión prospectiva) o fortalecer mecanismos de preparación y respuesta frente a emergencias (gestión reactiva). Estas podrán ser medidas estructurales y no estructurales. Las medidas para la reducción del riesgo guardarán relación o corresponderán a una adecuada ocupa- 81

4 ción del territorio y a mejores formas de uso de los recursos que brinda este; es decir, apuntan a esfuerzos relacionados con un mejor ordenamiento territorial (recuadro 11). Recuadro 11 Minimizar el riesgo reduciendo factores de vulnerabilidad Si se planifica un sistema de microrreservorio en zonas donde se manifiesta algún fenómeno físico potencialmente dañino, capaz de ocasionar daños en su infraestructura, se debe tomar necesariamente en cuenta lo siguiente: 1. Ubicación en un lugar seguro: emplace el microrreservorio donde la pendiente no es tan pronunciada, el suelo es estable, el entorno presenta cobertura vegetal y existen fuentes de agua. El suelo muestra características de resistencia estructural y poca permeabilidad. 2. Tecnología resistente: diseñe el reservorio aplicando medidas técnicas que aseguren la resistencia de la infraestructura ante la manifestación de lluvias intensas, deslizamientos y erosión, u otro fenómeno físico que podría dañarlo. 3. Protección: incorpore medidas de protección del reservorio como recubrir con vegetación matorral su entorno, taludes externos afirmados, colocación de zanjas de infiltración o barreras de protección para la infraestructura. 4. Mecanismos de operación y mantenimiento: recomiende prácticas adecuadas y sistemáticas para el buen manejo y conservación del sistema. abundante de pastos y forrajes, entre otros beneficios ambientales. Por lo tanto, al definir medidas para reducir el riesgo es importante identificar también acciones que permitirían aprovechar estas oportunidades que brinda la naturaleza. En este sentido, la matriz presentada en el recuadro 12 facilitará la identificación de las medidas apropiadas para la gestión del riesgo con orientación a la generación de oportunidades. Recuadro 12: Matriz para análisis participativo de gestión del riesgo. Amenaza Vulnerabilidad Alternativas Registrar las amenazas más importantes identificadas en el análisis de amenazas Registrar los factores de vulnerabilidad identificados en el análisis de vulnerabilidad 1) 1) 1) 2) 2) 2) Qué medidas debemos desarrollar para reducir el grado de vulnerabilidad que a la vez generan nuevas oportunidades? Muchos fenómenos climáticos, como las lluvias intensas, pueden provocar grandes avenidas en ríos y quebradas, generar inundaciones y derrumbes, ocasionando de esta manera daños e impactos negativos en una población vulnerable, retrasando sus posibilidades y procesos de desarrollo. Sin embargo, estas lluvias también contribuyen a la recarga de acuíferos, brindan oportunidades para desarrollar campañas adicionales de siembra, ayudan a la conservación de la biodiversidad, el desarrollo de acciones de forestación y reforestación, el repoblamiento natural de áreas boscosas y la producción 82

5 SEGUNDA PARTE Diseño y Construcción

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7 9. Diseño de un sistema de riego predial regulado 1. Componentes del sistema Un sistema de riego predial regulado por microrreservorio tiene los siguientes componentes principales (gráfico 25): Canal de aducción Desarenador Canal de ingreso Aliviadero Gráfico 25. Componentes de un sistema de riego predial regulado por microrreservorio Vaso del microrreservorio Tubería de salida Caja de válvula Línea fija de tubería principal Hidrantes Línea móvil de riego Sistema de riego predial regulado por microrreservorio. 85

8 1.1. Canal de aducción Permite captar y conducir el agua desde una o más fuentes al reservorio. Estas fuentes pueden ser: agua de escorrentía (torrenteras, laderas, cunetas de caminos) o pequeñas fuentes intermitentes o permanentes (manantiales, filtraciones, canales de riego). Para recorridos cortos y en trayectos muy permeables la aducción también puede ser construida con tuberías de PVC, aunque esto implica evidentemente que en este caso la aducción no podrá recibir agua de ladera o de otra fuente que cruce su trayecto Desarenador Tiene la función de retener los sedimentos gruesos transportados en suspensión por el agua al final del canal de aducción para que no entren al microrreservorio; esto es especialmente importante en el caso de aguas de escorrentía que por lo general arrastran mucho sedimento. El desarenador evita la colmatación rápida del microrreservorio y sirve además como primer decantador de materias que pudieran obstruir la red de riego Vaso del microrreservorio Es la estructura principal del sistema pues sirve para el almacenamiento y la regulación diaria, periódica o estacional del volumen de agua. La ubicación del microrreservorio en la ladera determina el nivel del espejo de agua de este respecto de la zona de cultivos; en este sentido, el microrreservorio sirve también como cámara de carga que brinda presión para el funcionamiento de la red de riego. El vaso se forma mediante la excavación del terreno o aprovechando la existencia de alguna depresión natural. Los diques (taludes) del vaso son de tierra compactada y pueden ser impermeabilizados con arcilla, geomembrana o, eventualmente, concreto Tubería de salida Es un tramo corto que conduce el agua desde el microrreservorio hasta la caja de válvula. Se construye con tubos de PVC y se localiza enterrado debajo del cuerpo del dique Caja de válvula 1.3. Canal de ingreso Estructura que permite el ingreso controlado del agua desde el desarenador hasta el reservorio. El canal de ingreso tiene pendiente empinada y debe ser construido de material resistente a la erosión hídrica, en la parte más sólida del talud de corte del reservorio Aliviadero Estructura firme que permite evacuar eventuales excesos de agua que ingresen al reservorio, evitando desbordes o rotura del dique. El aliviadero se construye dentro de la corona del dique y su fondo determina la altura máxima que el agua puede alcanzar en el vaso. La estructura debe ubicarse en la parte más estable del dique, de preferencia en una zona de corte y no en un terraplén de relleno. Pequeña caja de concreto que alberga la llave principal para abrir o cortar el flujo de agua desde el microrreservorio hacia la red de riego. Al cerrar la llave, la red de riego se queda sin presión de agua, de tal manera que el agricultor puede acercarse y mover libremente los aspersores, efectuar eventuales ampliaciones, reparaciones, etc Línea fija de la tubería principal Es la línea matriz que conduce y distribuye el agua desde la caja de válvula hasta el terreno de cultivo donde se ubican los hidrantes y otros dispositivos de riego. Normalmente, esta línea es una tubería de PVC enterrada Hidrantes Son artefactos localizados en la red de la tubería fija 86

9 para la conexión de líneas móviles de riego (mangueras), distribuidos estratégicamente en los terrenos de cultivo para que la línea móvil de riego tenga un máximo alcance. Un hidrante está constituido por codos, una llave de paso que permite abrir o cerrar el flujo de agua y un niple (trozo de tubo con rosca por fuera que sirve para unir dos tubos) para el acople de mangueras Línea móvil de riego Conduce el agua desde un hidrante a las zonas de los campos de cultivo que se quiere regar. Está constituida por manguera(s), elevadores y aspersores. En la medida que se consolida el sistema, la familia puede decidir reemplazar la línea móvil por una o más líneas fijas enterradas. 2. Cálculo del vaso Tal como se ha señalado, el vaso del microrreservorio constituye el elemento principal del sistema de riego predial regulado. Estos son parámetros importantes para su diseño (gráfico 26): donde se ubica el volumen no aprovechable; la altura neta de diseño (Hd), donde se alberga el volumen de agua netamente disponible; y la altura de borde libre (Hb), por seguridad de cresta. En fórmula: Ht = Hm + Hd + Hb Donde: Ht = altura total del dique (m) Hm = altura de volumen muerto (m) Hd = altura neta de diseño (m) Hb = altura de borde libre (m) La altura de volumen muerto (Hm) es la comprendida entre el nivel del piso (fondo del vaso) y el punto de entrada (canastilla) a la tubería de salida; este espacio sirve para almacenar sedimentos y evitar que estos ingresen a la red de tubería. Cuando se combina el riego con la crianza de peces y aves acuáticas el volumen muerto sirve para la supervivencia de estas crianzas hasta la recarga siguiente del reservorio. Esta altura debe ser de por lo menos 30 centímetros, o calculada mediante la siguiente expresión: Altura del dique Volumen del vaso Ancho de coronamiento Inclinación de los taludes Dimensión del cuerpo del dique 2.1. Altura del dique A partir de la experiencia con los sistemas de riego predial regulados por microrreservorio en Cajamarca se recomienda que la altura total del dique construido con tractor de oruga no supere los 3 metros, para no poner en riesgo la estabilidad del dique. La altura total del dique (Ht) es el valor acumulado de la altura «muerta» (Hm), espacio del vaso Hm = 0,15 x Hd La altura neta de diseño (Hd) es la diferencia de nivel entre el punto de entrada de agua (canastilla) a la tubería de salida y el nivel máximo de agua en el embalse, determinado por la altura a la cual se ubica el piso del aliviadero. La altura de borde libre (Hb) es el espacio entre el espejo máximo de agua (piso del aliviadero) y el nivel de coronamiento del dique. Se recomienda que esta diferencia de altura sea de 30 a 50 centímetros. Todas estas dimensiones se esquematizan en el gráfico

10 Gráfico 26. Parámetros de diseño para el vaso del microrreservorio. Perfil de terreno v Nivel de agua Hb h TI Volumen muerto Ht Hd Nivel de piso Hm C = Ancho de coronamiento TE = Talud externo TI = Talud interno Sección principal del Microrreservorio Ht = Altura total del dique Hb = Altura del borde libre Hb = Altura del diseño TI h v C Dique Tubería de salida Hm= Altura para el volumen muerto h = Eje horizontal v = Eje vertical TE 2.2. Volumen del vaso Es deseable que el vaso tenga la forma geométrica de un tronco de pirámide invertida (vértice hacia abajo), con bases (menor y mayor) rectangulares o cuadradas (gráfico 27). Esta forma facilita el cálculo del volumen de agua y constituye una pauta de referencia fácil para la construcción. Gráfico 27. Geometría del vaso de un microrreservorio. A B S2 b Hd El cálculo del volumen neto de un vaso que se asemeja a este tipo de tronco piramidal corresponde a la siguiente fórmula: Donde: Vtp = volumen del tronco piramidal (m3) Hd = altura neta de diseño (m) S1 = área de la base (a x b) (m2) S2 = área superior (A x B) (m2) a = largo de la base (m) b = ancho de la base (m) A = largo superior (m) B = ancho superior (m) a S Ancho de coronamiento La corona de un microrreservorio está constituida por el área superior del dique («terraplén»), limitada por taludes internos y externos (gráfico 28). Cuanto más ancha sea la corona más estable será la estructura del microrreservorio (siempre y cuando se 88

11 apliquen los procedimientos correctos respecto de la compactación de los diques, la inclinación de los taludes, etc.). Se recomienda para la parte plana de la corona un ancho mínimo de 1,5 m o aplicar la siguiente regla: C > = Hd / 2 Donde: C = ancho de coronamiento (m) Hd = altura neta de diseño (m) La experiencia en la construcción de sistemas de riego predial regulados por microrreservorio en Cajamarca ha demostrado que en la práctica la corona resulta normalmente mucho mayor que lo calculado, simplemente porque el tipo de maquinaria usada para su confección es la que determina su ancho (gráfico 29). Gráfico 28. Ancho de coronamiento de un microrreservorio. Gráfico 29. Corona formada según el ancho del tractor. C 2.4. Taludes El talud se refiere a la superficie inclinada del dique al interior y también al exterior del microrreservorio. La pendiente del talud (S) es la inclinación que relaciona la dimensión horizontal (h) con la vertical (v): S = h / v Donde: S = pendiente del talud h = eje horizontal v = eje vertical Para diques construidos en tierra se recomienda considerar la relación 2:1 (S = 2) para los taludes interno y externo. Sin embargo Watermeyer (citado por Verweij 2001) recomienda 2:1 para el talud externo y 2,5:1 para el talud interno. La experiencia desarrollada en Cajamarca con diques en tierra demuestra que la relación 1,5:1 para el talud externo (gráfico 30) y 2:1 para el talud interno es funcional. Entonces, si la altura vertical del Formación de una corona con un tractor en el caserío Sondor, distrito de Matara, provincia de San Marcos. dique fuese de 3 m, la distancia horizontal entre la corona y el inicio de la base interior del dique sería de 6 m. Por el lado exterior del microrreservorio, la distancia horizontal medida entre la corona y la base exterior sería de al menos 4,5 m. Gráfico 30. Pendiente recomendada para el talud exterior. v = 1 h = 1,5 89

12 Normalmente, el microrreservorio se construye en ladera, es decir, con cierta pendiente del terreno, pero nunca más del 15%, para evitar que determinadas secciones de talud se construyan demasiado en relleno. Se recomienda que todos los taludes tengan una parte en excavación («en corte») hasta al menos un tercio de la altura total del microrreservorio. En el lado superior del microrreservorio, respecto de la pendiente del terreno, toda la altura del vaso se construye normalmente por excavación en corte, por lo cual el talud puede estar aquí ligeramente más inclinado, siempre y cuando el terreno de corte sea de material estable y se proteja con acequia (zanja) de coronación. De ser así, se podría permitir una inclinación de hasta 1:1 en el talud del dique superior (gráfico 31). Gráfico 31. Pendiente más inclinada por el lado del corte superior. Talud interior en la edificación del dique compactándolo con solo el peso del tractor a la humedad adecuada del suelo, por capas de un espesor aproximado de 30 cm, dependiendo de la gradación y la permeabilidad del material del sitio elegido. Es importante que la tierra usada tenga suficiente capacidad de cohesión; por ejemplo, un suelo (franco) arcilloso tiene mucho mejor comportamiento de cohesión que la tierra arenosa. En la medida de lo posible debe evitarse el uso de tierra que contenga mucha materia orgánica. Para el cálculo de los volúmenes de tierra que se evacuen en corte o se compacten en terraplén debe tomarse en cuenta que la tierra suelta es menos densa que la compactada, este fenómeno se denomina esponjamiento del material. Para el cálculo del volumen de corte (dilatación de tierra) y la formación de terraplenes (compactación de tierra) debe utilizarse un factor de esponjamiento. Según se aprecia en el cuadro 15, este factor está en función del tipo de suelo. Cuadro 15. Factor de esponjamiento. v = 1 h = 1 h = 2 v = 1 Tipo de suelo Factor de esponjamiento Arcilloso 1,10-1,15 Arcillo arenoso 1,15-1,25 Franco 1,25-1,35 Fuente: Tammes et al Cuerpo del dique El cuerpo del dique es la masa de tierra que da el contorno al microrreservorio para contener las aguas almacenadas en este. Es la estructura o el terraplén para contrarrestar el empuje que efectúa el agua desde el interior del reservorio. Tratándose de vasos de poca capacidad de almacenamiento (1.300 a m 3 ) se obtienen buenos resultados El grado de compactación (la densidad) que alcanza un determinado cuerpo de tierra se puede medir mediante el ensayo denominado test de Proctor. Normalmente, este procedimiento se realiza en momentos previos a la construcción de los terraplenes. Se aplica siempre en estructuras de mayores dimensiones o mayor costo, o cuando existen dudas sobre la estabilidad del cuerpo de tierra en construcción. Es ideal alcanzar una densidad próxima al 100% PN (Proctor normal) y nunca menor al 98%. En caso de no alcanzar este grado de compactación deberá ajustarse la humedad del material o inclusi- 90

13 ve cambiarlo por otro de mejor composición. Además, cada capa deberá alcanzar la misma densidad Proctor en toda su extensión, para evitar que densidades diferentes en dos capas sucesivas generen filtraciones indeseables en la zona de contacto entre ellas. Las dimensiones del cuerpo del dique quedan establecidas una vez que se haya definido su altura total, el ancho de la corona y el ancho de la base, en función de las proyecciones horizontales de los taludes internos y externos. De este modo se tendrá prácticamente dimensionado el dique del reservorio o el embalse y la capacidad de almacenamiento del vaso. Para facilitar el diseño geométrico (dimensionamiento del microrreservorio), el cálculo de los volúmenes de corte y la formación de los terraplenes se puede utilizar el software llamado «Diseño geométrico y cálculo de movimiento de tierra» (Tammes et al. 2000). Gráfico 32. Dos ventanas digitales del software «Diseño geométrico y cálculo de movimiento de tierra». 3. Diseño de obras civiles complementarias En esta sección se presentarán los principales criterios y parámetros de diseño sobre los otros componentes del sistema que son necesarios para una adecuada conducción de las aguas hacia el vaso del microrreservorio: el canal de aducción, el desarenador, el canal de ingreso y el aliviadero. Son obras complementarias, generalmente construidas en concreto, que tienen como función principal brindar seguridad de funcionamiento y durabilidad al sistema de almacenamiento: garantizan el ingreso del agua, la decantación de los sólidos transportados y la protección contra la erosión de los taludes internos del reservorio, entre otras funciones Canal de aducción La longitud del canal de aducción depende, evidentemente, de la distancia entre la(s) fuente(s) de agua y el lugar de emplazamiento del reservorio y, cuando sea el caso, debe considerar el trayecto de ladera por el cual se quiere captar las aguas de escorrentía. Por lo tanto, el canal de aducción puede tener una longitud y una capacidad (caudal de diseño) muy variable de acuerdo con las condiciones locales. Para el cálculo de la sección óptima de un canal abierto se utiliza la fórmula de Manning, que mide 91

14 la rugosidad de la superficie interior del canal, y la ecuación de continuidad de flujo, que vincula este coeficiente, el radio hidráulico, definido como la sección mojada (A) dividida entre el perímetro mojado (P), y la velocidad del agua, medida en metros por segundo (m/s). Q = Km x A x R 2/3 x S 1/2 Q = v x A o: v = Km x R 2/3 x S 1/2 V = C x S 1/2 x R 2/3 Donde: Q = caudal de diseño (m³) A = área mojada de la sección trapezoidal (m²) P = perímetro mojado del canal (m) Km = coeficiente de Manning S = pendiente longitudinal del canal (m/m) R = radio hidráulico A/P 19 v = velocidad del agua (m/s) El cuadro 16 presenta valores del coeficiente de Manning según el tipo de material usado para los taludes del canal. 19 Ver dibujo al lado de la fórmula. Cuadro 16. Coeficientes de Manning para canales revestidos y de tierra. Tipo de superficie Km Canales revestidos Mampostería 40 Concreto 56 Canales de tierra Fondo de tierra 33 Excavado con pala y sin vegetación 36 Fuente: Ven Te Chow Sección de un canal trapezoidal El proceso manual de cálculo en la aplicación de la fórmula de Manning es engorroso por las repeticiones que hay que realizar. Esto puede obviarse al usar tablas y nomogramas disponibles en manuales de cálculo hidráulico o programas de cómputo relativamente sencillos, entre los cuales el más difundido es el «h-canales» Desarenador Tirante de agua A = P Tiene como función retener los sedimentos gruesos transportados por el agua del canal de aducción para evitar que estos colmaten el reservorio. Los sedimentos en el desarenador deben evacuarse periódicamente y no se debe permitir que se acumulen más allá de la mitad de la altura del canal de ingreso al microrreservorio; de ninguna manera la colmatación del desarenador debe alcanzar el nivel de la base del canal de ingreso al microrreservorio. El desarenador es una estructura excavada al final del canal de aducción, de preferencia se ubica en un sitio plano colindante al reservorio y se conecta con el canal de ingreso (gráfico 33). Consta de una entrada y una salida de agua, localizadas ambas al mismo nivel, muy por encima del fondo del desarenador para crear el suficiente espacio para la acumulación de los sedimentos. 92

15 Para definir las dimensiones de un desarenador se toma en cuenta el tamaño de las partículas que deben decantarse, asumiendo determinadas consideraciones sobre el flujo de agua. Mayores detalles de cálculo se encuentran, por ejemplo, en Bottega y Hoogendam La experiencia de Cajamarca ha demostrado que para la decantación de la mayor parte de los sedimentos arrastrados por aguas de escorrentía hacia un microrreservorio se puede adoptar las siguientes medidas geométricas del desarenador: Ancho: 1,5-2 m Largo: 2-3 m Fondo: 0,5-1,0 m (desde la base hasta el nivel del canal de ingreso) Si la aducción de aguas no arrastrase mucho sedimento, por ejemplo aquellas provenientes de un canal de riego o manante, las dimensiones del desarenador pueden ser aún menores. Gráfico 33. Desarenador colmatado con sedimentos y desarenador limpio. Microrreservorio Desarenador 3.3. Canal de ingreso al reservorio Esta estructura permite ingresar el agua desde el desarenador mediante un canal excavado en una zona de corte del talud interior del reservorio (gráfico 34). Se puede construir en concreto armado, concreto ciclópeo (f c = 200 kg/cm²) 20 o de piedra asentada con mortero (proporción 4:1). Para su diseño se utiliza la fórmula de Manning con iguales criterios que en el canal de aducción. Normalmente tiene una sección trapezoidal o rectangular cuyas medidas son: ancho neto = 0,25 m (en caso de una sección trapezoidal abriéndose hasta 0,35 m en la cresta) y altura revestida = 0,30 m. La base y los taludes deben tener un espesor de aproximadamente 0,15 m. La longitud del canal de ingreso es típicamente de 8 a 10 m, en función de la forma del microrreservorio. Gráfico 34. Canal de ingreso al reservorio. Desarenador Canal de ingreso 20 La resistencia del concreto (f c) se mide en kilogramos (kg) por centímetro cuadrado (cm 2 ). 93

16 Una pendiente elevada del canal de ingreso genera altas velocidades de agua, con el riesgo de ocasionar un fuerte desgaste en las inmediaciones del piso del vaso. Para evitarlo es recomendable construir un «colchón de amortiguamiento» en la parte baja del canal de ingreso, con piedras de regular tamaño (con vértices de 5 a 10 cm) para generar rugosidad artificial y reducir de esta manera la velocidad del agua (gráfico 35). También puede construirse una poza o gradas para amortiguar la velocidad erosiva de la caída del agua. Gráfico 35. Colchón de amortiguamiento al final del canal de ingreso al reservorio. Canal de ingreso la probabilidad de un excesivo incremento del nivel de agua en el reservorio y el consiguiente riesgo de rotura del dique por caudales de aducción no controlados en periodos de lluvias torrenciales. El aliviadero debe ubicarse en suelo estable, no en terraplenes recién formados y en proceso de compactación; para evitar rajaduras, asentamientos del canal o erosión del talud o la base exterior del reservorio. Gráfico 36. Aliviadero de demasías en el dique de un reservorio. Grada de amortiguamiento Colchón de amortiguamiento Aliviadero en el caserío Chim Chim, distrito de Baños del Inca Aliviadero de demasías Esta estructura permite controlar el nivel máximo del espejo de agua en el reservorio y evacuar eventuales excedentes de agua que ingresen al vaso hacia un desagüe que conduce los excedentes a una quebrada u otro dren natural. La ubicación del piso del aliviadero en el dique determina el borde libre (Hb) que tenga el reservorio (gráfico 36). Por seguridad, el aliviadero debe tener una mayor capacidad de evacuación (dos veces o más) que el caudal de diseño del canal de ingreso; para reducir al mínimo 4. Red fija de la tubería matriz La red fija de tubería matriz del sistema tiene los siguientes componentes: tubería de salida del reservorio, caja de válvula, línea fija de la tubería principal e hidrantes. Esta red se diseña en función al requerimiento del caudal de riego, la presión de conducción, la longitud del tramo, etc., lo que determina el diámetro, la clase y el número de tubos y accesorios a utilizar. En la mayoría de sistemas de riego se utiliza normalmente tubería de PVC. 94

17 4.1. Tubería de salida Sirve para descargar el agua del microrreservorio hacia la red matriz (gráfico 37). Su diámetro puede variar en cada caso, se recomienda que no sea inferior a 1½ o, preferiblemente, 2 (PVC, clase 7.5). Su longitud depende del ancho de la base del dique, generalmente entre 15 a 20 m, y su pendiente varía entre 5 y 10%. Al interior del reservorio, esta tubería lleva en su extremo superior una canastilla para evitar el ingreso de sedimentos a la red y, en su otro extremo, desemboca en la caja de válvula conectada a la respectiva válvula de control. La canastilla es un tubo cribado de 4 con 3 mm de diámetro de criba, tapa ciega y una unión/reducción de 4 a 2 hacia la tubería de salida propiamente tal. El nivel de ubicación de las cribas de la canastilla al interior del reservorio determina la altura del volumen muerto del vaso. La instalación de estos accesorios es sencilla y garantiza la descarga del agua con poca pérdida de presión. Gráfico 37. Ubicación de la tubería de salida en el cuerpo del reservorio, vista en planta. Caja de válvulas Para el cálculo del diámetro de la tubería de salida y de la pérdida de carga hidráulica al interior de esta véase la sección 4.3 de este acápite. Debe tomarse en cuenta que el riego por aspersión de una extensión de 1 a 1,5 hectáreas de cultivo puede demandar un caudal de trabajo de hasta 4 litros por segundo Caja de válvula Para regular la descarga del agua para todo el sistema se instala una llave de paso o válvula de control localizada aguas abajo del dique, al final de la tubería de salida y protegida por una caja de válvula semienterrada (gráfico 38). La llave por lo general es de PVC, tiene el mismo diámetro de la tubería de descarga y puede ser de diferentes tipos (mariposa, globo, llave-compuerta, etc.). Para la construcción de la caja de válvula se usa concreto ciclópeo (f c= 140 kg/cm²). Puede emplearse una caja prefabricada, por lo general cuadrada. Sus dimensiones recomendables son 60 cm de lado y 40 cm de altura, con un espesor de pared de 10 cm. La caja debe llevar una tapa de seguridad de fierro (1/8 de espesor) o concreto, tener forma cuadrada con 0,40 m de lado. Corona Canastilla de PVC Tubo de PVCØ2 Ø1½ Tubería de salida Gráfico 38. Caja de válvula. Vista desde un costado Canal de ingreso revestido Cº Desarenador Colchón de amortiguamiento Aliviadero Vista al interior, desde arriba Canal de aducción 95

18 4.3. Línea fija de la tubería principal Conduce el agua desde la válvula de control hasta los hidrantes en los terrenos de cultivo. La tubería se diseña de acuerdo con el caudal de riego, asumiendo que la conducción del agua es a tubo lleno. Se recomienda que el diámetro (D) y la clase de la tubería principal sean iguales a los de la tubería de salida. Se requiere que la línea de presión de la tubería tenga pendientes uniformes para evitar la formación de bolsas de aire o la generación de presiones negativas en la red. El caudal que alcanza el flujo en una tubería depende básicamente de la pendiente hidráulica (la gradiente de «pérdida de carga hidráulica»), el diámetro interior del tubo y la rugosidad del material de la superficie interna de este; en otras palabras, del material de fabricación. Estos parámetros se reflejan en la fórmula de Hazen-Williams con la cual se calcula normalmente el caudal de diseño de tuberías: Q = 0,2785 x C x (Di) 2,63 x S0,54 x Donde: Q = caudal, en este caso, el caudal total del sistema de riego por aspersión que pasa por la línea fija de la tubería principal (l/s) C = coeficiente que depende de la rugosidad del tubo (cuadro 17) Di = diámetro interior (m) S = pendiente en la tubería, pérdida de carga hidráulica por unidad de longitud del conducto (m/m) A pesar de identificarse con el símbolo S, no debe confundirse la pendiente en la pérdida de carga hidráulica dentro de una tubería con la pendiente del terreno donde se emplaza la tubería; pues la pérdida de carga hidráulica en la tubería es la diferencia de presión de agua que ocurre, por razones de fricción y turbulencias internas, entre el punto de entrada y el punto de salida de la tubería, concepto que es totalmente distinto al de una pendiente de terreno. Cuadro 17. Coeficientes de rugosidad del tubo a aplicar en la fórmula de Hazen-Williams. Tipo de material Tubos de acero soldado 90 Tubos de hierro fundido 100 Tubos de fibrocemento Tubos de PVC 140 Tubos de polietileno de alta densidad 150 Para calcular el diámetro de tuberías de PVC (en cuyo caso C = 140) se aplica la siguiente ecuación, también basada en la fórmula de Hazen-Williams: D = 25,4 x (0,349 x Q x S 0,57) 0,37 Donde: Q = caudal de diseño para la tubería (l/s) S = pendiente en la tubería, pérdida de carga hidráulica por unidad de longitud del conducto (m/m) D = diámetro interior del tubo (mm) El resultado de cálculo se debe redondear hacia arriba hasta coincidir con el diámetro de tubería comercialmente disponible. En muchos casos el diámetro se expresa en pulgadas, por lo cual debe tomarse en cuenta el siguiente factor de conversión: 1 pulgada = 25,4 milímetros. En vez de recurrir a cálculos mediante las fórmulas arriba presentadas, también se puede usar tablas o nomogramas (ábacos) disponibles en la literatura técnica. Como referencia se debe señalar que en el caso de la mayoría de los sistemas de riego predial regulados por microrreservorio construidos en Cajamarca durante el periodo se ha usado tubería PVC de 2 de diámetro para la línea fija principal. C 96

19 4.4. Hidrantes Están ubicados a lo largo de la tubería principal, en el tramo que atraviesa los terrenos de cultivo y en dirección de la pendiente de la ladera. La distancia entre hidrantes depende de la pendiente del terreno y el número de sectores de riego (parcelas o franjas de parcela) por atender. El hidrante consta de una válvula de control, codos y tubos de PVC clase 7.5, con diámetros y reducciones de 2 a 3/4 (gráfico 39). En los hidrantes se acoplan las mangueras de la línea móvil de riego. Para facilitar el acople de mangueras, la salida de válvulas o acoples debe ubicarse unos centímetros encima de la cota del terreno y dotarlos de mecanismos de enlace directo o rápido. Los hidrantes son componentes relativamente caros en la red, por lo tanto su número tiene que limitarse al mínimo indispensable. Asimismo, es muy recomendable ubicar el hidrante dentro de una caja de protección de concreto. Este dispositivo protege la válvula del hidrante contra daños ocasionados por peatones, animales, etc. Los hidrantes se colocan de forma equidistante para facilitar el riego simultáneo en toda el área. Conocidos el caudal que conduce la red y las pérdidas de carga, se podrá calcular los diámetros de tubería para llegar con las presiones óptimas a cada hidrante. Una forma menos compleja es usar siempre el mismo diámetro a lo largo de la línea de la tubería principal y efectuar de otra manera las correcciones de presión o caudal en los aspersores; por ejemplo, regulando la apertura de las llaves o combinando el uso de aspersores de diferente capacidad o distintas características de presión de trabajo. Es importante lograr que en cada hidrante la presión dinámica sea mayor a 12 metros de columna de agua (mca) y presiones uniformes dentro del sector de riego, para obtener riegos uniformes. Gráfico 39. Hidrantes en operación. Hidrante conectado con la tubería principal. Conectando una línea móvil a un hidrante en caja de protección. 97

20 5. Línea móvil de riego por aspersión La línea móvil la forman las mangueras, los elevadores y los aspersores (gráfico 40). Las mangueras son tubos flexibles de PVC, polietileno o plástico reforzado. Los diámetros más utilizados son ¾ (18 mm) y 1 (25 mm), clase 4; se recomienda utilizar accesorios fitting (enlaces, tees, codos de plástico flexible de embone o rosca), que facilitan el acople de sus partes. Los elevadores son trípodes o estacas de tubos de PVC, fierro galvanizado o madera que sirven para ubicar los aspersores en alturas superiores al tamaño del cultivo. En terreno de ladera es necesario usar elevadores más altos para conservar el suficiente radio de «lluvia» y, por ende, la suficiente área mojada: a mayor pendiente, mayor debe ser la altura de localización de los aspersores Aspersores Son los elementos más importantes en un sistema de riego por aspersión. Estos dispositivos mecánico-hidráulicos pulverizan el chorro de agua en gotas de diversos tamaños mediante las boquillas, simulando lluvia. El agua es repartida en el terreno de cultivo debido a la rotación del cuerpo del aspersor, efecto de la reacción al impulso del chorro en el brazo del martillo, el cual vuelve a su posición inicial por la acción de un resorte de tensión (gráfico 41). Gráfico 41. Principales componentes de un aspersor. Resorte de tensión Además, de acuerdo con lo observado en la práctica, el riego por aspersión en laderas tiene una pluviometría desigual: en el lado superior el radio de aspersión es menor y, por lo tanto, también el área mojada resulta más reducida, por lo cual la intensidad de «lluvia» por unidad de superficie es mayor que en la parte mojada hacia abajo de la ladera. En estos casos se recomienda trabajar con aspersores sectoriales con el chorro dirigido pendiente abajo. Brazo martillo Boquilla Conexión giratoria Gráfico 40. Línea móvil conectada a un hidrante (manguera, elevadores y aspersores). Conexión lateral El riego por aspersión requiere de cierta presión de agua para su funcionamiento la cual, para cultivos en laderas y de modo práctico, la da el desnivel que exista entre el nivel de agua del reservorio y el punto de salida de agua (aspersor). De esta manera, el microrreservorio actúa como cámara de carga: la presión aumenta con la altura del reservorio y, además, si está lleno. La presión se mide en metros de columna de agua (mca), cuyas equivalencias más comunes son: 1 atmósfera = 1 bar de presión = 1 kg/cm 2 = 10 metros de columna de agua (mca) 98

21 En general, se elige el tipo de aspersor teniendo en cuenta los siguientes parámetros: La extensión del área de cultivo que requiera ser regada por aspersión. La forma y el tamaño de esta superficie determina en muchos casos cuál será el radio máximo de alcance (de humedecimiento, de mojadura) que puede tener el aspersor. El tipo de cultivo, su tamaño y requerimiento hídrico: especies herbáceas, arbustivas o arbóreas. La presión de trabajo disponible y la variación de dicha presión entre los distintos puntos de la red. En predios en laderas, la línea principal se instala generalmente en sentido de la pendiente, por lo cual no todos los hidrantes reciben igual presión. Por lo tanto, en estas condiciones se requiere de aspersores que puedan trabajar en un rango amplio de presión: entre 10 y 4,5 mca. Velocidad de infiltración. Como criterio de diseño del sistema de riego por aspersión la velocidad de infiltración del suelo debe ser igual o ligeramente mayor que la pluviometría producida por el aspersor para evitar inundación, escorrentía superficial de agua o erosión del suelo. En los suelos arenosos la velocidad de infiltración del agua es mayor que en los suelos arcillosos (cuadro 11 del capítulo 6). Otra forma es clasificar los aspersores es según el rango de su presión de trabajo: 22 Aspersores de baja presión: funcionan con presiones inferiores a 20 mca. Utilizan caudales inferiores a 0,3 l/s, y su diámetro de mojadura es menor a 24 m. Producen un riego uniforme inclusive en el caso de viento de cierta consideración. Aspersores de media presión: funcionan con presiones comprendidas entre 20 y 45 mca (2 a 4,5 bar o atmósferas de presión). Los caudales utilizados con estos aspersores varían entre 0,3 y 1,5 l/s y su diámetro de mojadura fluctúa entre 24 y 40 m. Producen un riego uniforme y son utilizados en una gran variedad de suelos y cultivos. Aspersores de alta presión: funcionan con presiones superiores a 45 mca e inferiores a 70 mca y arrojan un caudal superior a 1,5 l/s con diámetros de mojadura de entre 40 y 70 m. Dentro de esta categoría se sitúan los cañones de riego, los cuales tienen un elevado costo, tanto en la inversión inicial como en su funcionamiento. Su distribución del agua se ve muy afectada por el viento y se producen gotas muy grandes que perjudican con su impacto a determinados suelos y cultivos. Se usan para cubrir grandes extensiones, generalmente praderas, donde no producen daños al cultivo. Los aspersores pueden clasificarse de distinta manera. Una forma de distinguirlos es su ángulo de rotación: Aspersores de círculo completo: los que cuando están en funcionamiento giran 360 alrededor de su eje. Aspersores sectoriales: aquellos cuyo ángulo de giro se puede regular. Estos son más indicados para su uso en zonas de ladera. Aspersores mixtos: son aspersores con los que se puede regar en círculo completo y por sectores. El patrón de humedecimiento de un aspersor dentro de la sección circular de terreno mojado varía con la distancia desde el aspersor en función del radio de alcance de las gotas. La máxima cantidad de agua cae cerca del aspersor y disminuye en la medida que se aleja de este. Por este motivo, las áreas de mojadura de los aspersores deben traslaparse en cierta medida para aplicar una lámina de agua uniforme (gráfico 42). Esto se relaciona también con las condiciones de viento de la zona, ya que estas modifican la distribución del agua. 22 VYR: Catálogo general Sistemas de riego profesional, Burgos. Disponible en < 99

22 Gráfico 42. Mojadura típica de un aspersor y efecto del traslape. Profundidad de agua aplicada Espaciamiento Aspersor Patrón de mojado Patrón de distribución Aspersores Patrón individual de traslape Patrón de mojado Suelo Las características más importantes de los aspersores son: El caudal de un aspersor está determinado por el diámetro de las boquillas y la presión de funcionamiento. Por ejemplo, un aspersor diseñado para entregar un caudal de 1,20 m 3 /h a una presión de 20 mca surtirá menos caudal cuando la presión disminuye y más cuando la presión aumenta. El radio de mojadura de un aspersor depende del ángulo de inclinación de la boquilla, el grado de pulverización de las gotas y la presión de funcionamiento. El grado de pulverización de las gotas depende del diámetro de la boquilla y la presión de funcionamiento. Para un determinado diámetro de boquilla, el tamaño de las gotas es mayor cuando la presión de funcionamiento es menor. Para una determinada presión de funcionamiento, el tamaño de las gotas es mayor al aumentar el diámetro de la boquilla. La pluviometría o precipitación es la intensidad del riego por aspersión y se mide por el espesor de la lámina de agua que recibe el terreno en un tiempo determinado, normalmente expresado en milímetros por hora (mm/h) La línea móvil de riego Se llama marco de aspersores a la forma en la cual se distribuyen las distancias entre dos líneas móviles y entre dos aspersores contiguos sobre una misma línea móvil, respectivamente (gráfico 43). Gráfico 43. Disposición de los aspersores en una línea móvil de riego. Hidrante Línea de riego fija Elevador Manguera de polietileno Distancia entre aspersores Collarín Aspersor Distancia entre líneas móviles En el gráfico se puede apreciar que la línea móvil sigue más o menos la curva de nivel del terreno, desde el respectivo hidrante. Se debe reiterar que, dado que la cantidad de agua aplicada al suelo disminuye a medida que la «lluvia» se aleja del aspersor, es necesario compensar este déficit traslapando el círculo de mojadura con el de otros aspersores. En este sentido, se presentan a continuación tres formas («marcos») de disponer los aspersores: Disposición en cuadrado. Los aspersores ocupan los vértices de cuadrados cuya distancia entre líneas es igual a la distancia entre aspersores continuos en una misma línea. Disposición en rectángulo alargado. Los as- 100

23 persores ocupan los vértices de rectángulos, donde la distancia mayor del rectángulo se aplicará a la separación entre líneas y la menor a la separación entre los aspersores en la misma línea. Esta disposición tiene como objetivo corregir la acción del viento sobre la distribución del agua. Disposición en triángulo equilátero. Los aspersores ocupan los vértices de triángulos equiláteros. Esta disposición reduce el número de aspersores necesarios para una misma superficie, en relación con las anteriores opciones. Si el diseño es adecuado, la pluviometría entregada por los diferentes marcos debería ser similar. En general, una buena distribución de aspersores, tanto dentro de una línea móvil como entre estas, asegura uniformidad de riego. El diseño de las distancias entre líneas y entre aspersores debe tener en cuenta las diferencias de presión de trabajo en la red, la topografía del terreno, la presencia de vientos y la capacidad de infiltración del suelo. Los factores relevantes que afectan la eficiencia de aplicación en el riego por aspersión son los siguientes: Presión de trabajo de los aspersores: a bajas presiones el agua es fragmentada en gotas de gran tamaño, las que caerán en forma de anillo a cierta distancia del aspersor, obteniéndose una distribución deficiente. A presiones muy altas, la exagerada fragmentación del chorro produce gotas muy finas, las que caen muy cerca alrededor del aspersor. Velocidad del viento: provoca una deformación en el patrón de humedecimiento (gráfico 44). En estas situaciones es conveniente disminuir la distancia entre los aspersores para reducir este efecto. La velocidad del viento se incrementa con la altura sobre el nivel del terreno, por lo que en el diseño del sistema el aspersor debe ubicarse lo más bajo posible, en función de la altura de los cultivos a regar. Evaporación directa del chorro del aspersor: estas pérdidas de agua están en función de la temperatura ambiental, la velocidad del viento y el grado de fragmentación del chorro en gotas muy finas. Gráfico 44. Efecto del viento sobre la distribución de la pluviometría de un aspersor. Viento Aspersor Profundidad de raíces Suelo mojado Se denomina sector de riego al área que se puede regar desde un hidrante con una línea lateral fija o línea móvil. El número de aspersores en cada línea móvil está en función del caudal de cada hidrante y es determinado por la siguiente relación: 101