~-75-

V.3.1 REPRESAS.

V.3.1.1 Definici6n y consideraciones generales.

Las represas son estructuras colocadas en canales,tanto principales como laterales, que sirven tanto para con--tro1ar los caudales que se requieren aguas abajo de la estru~tura, como de regu1aci6n a los niveles del agua necesarios p~ra facilitar su derivaci6n a otros canales o bien a las tomasque queden localizadas aguas arriba de la misma. A estas es-

!

tructuras en otros pases, tambin se les denomina retencio--nes o reguladores transversales.

En efecto, cuando el tirante en el canal se reduce a d~rivar parte del caudal, o a transportar gastos inferiores alde su capacidad de diseo (situaci6n normal de funcionamiento),se hace necesario construir una serie de represas para poder-elevar o mantener el tirante del agua en los niveles que lastomas, aguas arriba, exigen para dar los gastos mximos que -los canales o lotes, que.reciben la derivaci6n, demanden.

Por economa es recomendable combinar las represas con ~otras estructuras, tales como puentes de camino, entradas asifones, cadas, rpidas, etc., adiciona1mente la combinaci6n .impide la ace1eraci6n del agua y socavaci6n, aguas arriba de~sifones o cadas.

En el tramo de canal donde se encuentre una represa, por10 general combinada con una o varias estructuras de toma, elrgimen del escurrimiento debe ser tranquilo y uniforme, con-el mnimo de oscilaciones del nivel de agua y libre de v6rti~ces y ondas, para asegurar en 10 posible una determinada car~ga hidrulica sostenida en las tomas servidas por la represa.La velocidad media en el tramo en cuesti6n debe ser igualo -menor que la de diseo, para evitar la formaci6n de resal.tos-

-76-

frente a la represa y cualquier otro tipo de fen6menos hidr~licos perjudiciales, tales como oscilaciones y corrientes cr~zadas.

Para satisfacer 10 anterior, en el tramo cercano a la r~presa debe tenerse mucho cuidado en 10 que se refiere a la --pendiente hidrulica y al gradiende de energa en el canal --(ref. - 19 -).

Como funciones de las represas, complementarias a las i!!.dicadas se pueden sealar:

a) Permiten aislar y secar tramos de canal con el obje-to de efectuar reparaciones o realizar labores de mantenimie!!.to.

b) Junto con desfogues, colocados aguas arriba de la r~presa, auxilian a la eliminaci6n de excedentes de gasto, que-invaden el libre bordo del canal.

c) Permiten un descenso gradual de los niveles de agua-en el canal, cuando se presenta un cierre rpido de la toma -en la fuente de abastecimiento, evitando que el efecto de su~presi6n deteriore los revestimientos rgidos en los canales. .

d) Proporcionan un almacenamiento limitado en el canal-para ayudar a balancear las fluctuaciones de la demanda.

V.3.1.2 Clasificaci6n de represas.

Las represas se pueden clasificar bajo muy dif~rentes motivos, pudiendo sealarse: de acuerdo a su funciona-miento, segn la magnitud del canal donde se ubican, de acueEdo a los tipos de materiales que la contituyen, q segn su --construcci6n combinada con otra estructura.

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A. De acuerdo a su funcionamiento.

Las represas pueden funcionar permitiendo el paso --

del agua por la parte superior como vertedores, o bien por laparte inferior, como orificios.

a). Represas con vertedor fijo, sin controles mviles.

En estas represas, una cresta de vertedor fijo -regula el nivel del agua en un tirante dado dentro de un dete!.minado rango. La carga y la longitud de cresta, se determinanen relaci6n con el caudal que ha de pasar encima de la crestavertedora, as como con las necesidades de control (p. ej., -las variaciones mximas de nivel admisibles, etc.). Cuanto ~ms estrechas sean las tolerancias, mayor ha de ser la longi -tud de la cresta. En los canales de distribuci6n, la anchuradisponible generalmente es insuficiente para poder construir -

un vertedor transversal cuya cresta sea 10 bastante larga comopara dar paso a la descarga de pleno abastecimiento dentro delas tolerancias de nivel. Las tolerancias usuales son del or-den de 5 a 10 cm (segn Liria y Torres, -15-).

Estas circunstancias han llevado a la creacin -

del vertedor diagonal, el vertedor pico de pato, el tipo ~ y~.otros de formas especiales. De todos ellos, el vertedor en -.pico de pato es el que se usa con ms frecuencia en los pasesdel Sur Europeo (Espaa, Francia, Italia, etc.), por ser el -que resulta ms econmico en la mayora de los casos, dando -una capacidad de descarga ptima en relacin con la longitudde la estructura y la cantidad de material empleado en la con~truccin.

La gran ventaja que poseen las crestas de los -vertedores fijos es la simplicidad de su construccin y mante-nimiento as como la seguridad de su funcionamiento. Usadas-por 10 general en canales de pequeos gastos, pueden- ir acom -

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paados de una compuerta cuando son de cierta magnitud para -permitir la evacuaci6n del tramo de aguas arriba.

b). Represas reguladas mediante agujas de madera.

Las agujas de madera se utilizan en represas -con capacidades inferiores a 1.4 m3/seg (50 pie3/seg) en 1as-que las variaciones en el rgimen de funcionamiento son poco-frecuentes. El agua pasa libremente por encima de las agujas,las cuales van fijas horizontalmente, en ranuras de la estru.s..tura. Las agujas, que no son ms que unas viguetas o tab10--nes de madera, se utilizan en represas que tengan aberturas -de una anchura de no ms de 1.5 m, y tirantes de agua hasta -de 1.8 m, por 10 que deben ser de un espesor suficiente para-soportar el empuje de agua y las deformaciones debidas al in-temperismo (t 5 cm). No se recomienda su uso en canales convelocidades mayores a 1 m/seg, que tengan una operaci6n muy -intensa que conduzcan agua con gran cantidad de sedimientos.Muchas veces se usan como obturadores de emergencia ante des-composturas o mantenimiento de sistemas de compuertas des1i--zantes o radiales.

Las guas de las agujas pueden ser vertica1es-si la distancia desde el fondo de la represa a la cota de 1a-losa de operaci6n es menor de 1.8 m. Para alturas mayores se .

pueden inclinar las guas a un talud 0.25:1 facilitando con -esto la insta1aci6n y extracci6n de las agujas.

c). Represas provistas de compuertas.

Las represas con compuertas se utilizan comn-mente en los canales donde el ajuste del nivel del agua se r~quiere con mayor frecuencia o en los casos en que el costo, -comparado con las agujas, 10 justifican. Dependiendo del ti-rante mximo y del ancho de plantilla del canal, las compuer-tas pueden ser des1izantes o radiales.

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...79,.,

c.l.- Compuertas deslizantes.- En una forma general,las compuertas deslizantes consisten en marcos rgidos compue~tos por ngulos, a travs de los cuales deslizan placas met-licas mediante un vstago o tornillo y un mecanismo elevador.

El empleo de este tipo de compuertas est en -funci6n del tirante de diseo, que segn la experiencia adquirida, su construccin h resulitado etonmia hasta tirantes -de 1~5 m.

c.2.- Compuertas radiales.- Las compuertas radiales-tienen como condici6n especial dotar de un control ms exactoy rpido del caudal; su diseo se basa en placas metlicas s~micilndricas fijadas en armaduras, las cuales giran sobre uneje anclado sobre mnsulas empotradas en las pilas o muros dela represa. La operaci6n de estas compuertas se efecta me--diante malacates que pueden ser accionados con mecanismos ma-nuales b' elctricos, la elecci6n entre una u otra forma-

r depende de varios factores, entre ellos ~1 econ6mico, o toma!!.do en cuenta que cuando el peso propio de la compuerta ms lacomponente vertical del empuje del agua sobre la misma, 'es m~yor de 3000 Kg,es recomendable el mecanismo elctrico.

El empleo de este tipo de compuertas se reco-- -mienda para tirantes mayores de 2.0 m, quedando una zona de -transici6n para tirantes comprendidos entre 1.5 y 2.0 m en lacual la elecci6n entre un sistema de compuertas deslizantes -y uno de radiales se basa principalmente en estudios econ6mi-cos. No obstante, puede ser que la 'nece,s idad d unifo-rmizarel sistema de riego, por la conveniencia de electrificarlo, -o por tratarse del canal principal, se decida por las compueE-tas radiales.

B. Segn la magnitud del canal donde se ubican, las re-presas pueden ser:

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a). Pequeas.- Cuando la plantilla del canal- ;5;donde se construye es menor de 1.5 m y su tirante es relativa %'

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mente pequeo; estas son las que ms se utilizan en pequeas - l:,~zonas de riego.

b). Medianas.- Cuando la plantilla del canal-es mayor de 1.5 m y su tirante mximo es menor de 2.4 m, parasu funcionamiento se utilizan agujas o compuertas deslizantes.

c). Grandes.- Para anchos de plantilla mayor-de 1.5 m y un tirante mximo mayor de 2.40 m; en estas repre-sas para su funcionamiento se utilizan exclusivamente compue~tas radiales.

C. De acuerdo a los tipos de materiales que las constituyen, las represas pueden ser:

a) Mamposterab) Concreto reforzado;c) Otros materiales

En 10 que respecta al tipo de material predominanteen la estructura, puede decirse que ser necesario un estudioecon6mico de los diferentes materiales en cuanto a su explot~ -ci6n, acarreos, colocaci6n y cantidades disponibles, sobre t~do si se estima conveniente uniformizar al mximo el tipo deestructura en el sistema.. El tiempo de realizaci6n, disponi-ble para' la construcci6n, es otro factor que puede tener in~-fluencia en la elecci6n del tipo de materiales.

D.. Por su construcci6n combinada con otra estructura,-pueden ser:.

a). Represas Simples, Cuando se construye indepe~diente de otra estructura, pudiendo ser de cualquiera de los-tipos anteriores..

-81-

b). Represas - puente.- Cuando, adicional a la lo-sa de maniobras de los elementos de obturaci6n, se construye-~n puente para camino.

c). Represa - cada.- Cuando la secci6n de controlde la cada esta conformada por una represa.

d). Represa - cada - puente.- Cuando van integra-dos fonjuntamente cQn la cada, la represa y en la zona de lalosa de operaci6n de sta, se adiciona un puente para camino.

V.3.1.3 Loca1izaci6n de represas.

La 10ca1izaci6n y espaciamiento de las represas enlos cana1e.s de riego esta estrechamente ligada a la ubicaci6nde las tomas y las respectivas elevaciones de la SLA, en el -canal alimentador o en el que recibe la derivaci6n para dar -el gasto mximo de la toma que los interconecta.

Las represas generalmente quedan localizadas en una primera aproximaci6n en el momento de _efectuar la p1aneaci6n ge- .nera1 de la red de distribuci6n y poste,riormente se afinan t~mando en cuenta las normas siguientes:

A. Cualquiera que sea el caudal en el canal a1imenta--dor (principal o lateral) el nivel del agua en el mismo debe-r ser el adecuado para abastecer los gastos mximos de dema!!da en las tomas (de canal o granja) localizadas aguas arriba-de la represa, en el tramo del canal servido por sta. La r~

presa podr trabajar completamente abierta, parcialmente abie.!:.ta o totalmente cerrada, dependiendo del caudal que segn losprogramas de riego deba llevar el canal.

B. El nmero de represas en un canal de riego, debe --ser el mnimo posible, acorde a los requisitos de operaci6n y

...

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~82~

al aspecto econ6mico. Cada represa debe ser capaz de abaste-cer tantas tomas como sea posible, en tanto no se invada el -bordo libre del canal.

C. Para localizar una represa con respecto a otra, se-recomienda seguir el siguiente procedimiento para determinar-la separaci6n mnima entre stas, por lo que a las estructu--ras de toma se refiere:

a) Trazar una lnea arriba de la rasante y parale-la al fondo del

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Figura V.3.\ Espaciamiento mnimo entre represas l Raf. \ 9 ) . ,...--~ j

con las limitaciones que la topografa, en algunoS casos,puede representar, la anterior f6rmula debe utilizarse con --

ciertas reservas de acuerdo a los cortes que las condiciones-

topogrficas exijan.Una f6rmula que permite localizar la posici6n relativa -de una toma con la represa ms retirada aguas a.baj o, eS la que -a continuaci6n se describe, la cual considera las condicionesque la topografa presenta, tomando en cuenta la relaci6n en-desnivel que se tiene entre la plantilla del canal, la clave-de~ conducto en la toma Y el terreno natural, conformando di-

ferentes casos:'De la figura V.3.Z, que muestra uno de los posibles ca~-

so s, se tiene:'AC = + TC = h + AT + C (V.3.2)

.-84-

Donde:

AC = diferencia entre el nivel mnimo de operaci6n y laclave del conducto.

h = carga mnima de funcionamiento de la toma = suma -de prdidas de carga en la toma.

AT = desnivel entre la SLA, aguas abajo, y el terreno -natural (TN), depende de h.

TC = desnivel entre el T.N. y la clave del conducto.

C = Corte

La diferencia (TO) entre el tirante normal (d) y el mnimo de operaci6n (do), para todos los casos posibles, es:

TO = d ~ do

para el caso que se analiza:

do= AC + D + Z = h + AT + C + D + Z

y la pendiente:

s= !Q- 1 "-- ~~. - -.,.-

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. -==-=-J- - Corona de bordo del canal

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Fig. V. 3.2.- Espaciamiento mximo entre toma y represa (Ret. 18)-* - c_~

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I1... ~85-

i Y por 10 tanto la separaci6n mxima entre una toma y la repr~I sa ms alejada, es:

1 =!Q (V.3.3)S

Igual que en el mtodo anterior, esta f6rmula presenta-limitaciones ya que su uso se restringe a que la topografa -sea benigna y no existan problemas de corte definido o tajos,por 10 que se usar con las reservas que el caso particular -amerite.

Recomendaciones adicionales de tipo prctico y constru~tivo, para la ubicaci6n de estructuras, son las de evitar ha~ta donde sea posible su construcci6n dentro de las curvas de-los canales o pr6ximas a la salida de estas debido a que las-fluctuaciones que pueden presentarse en los niveles de agua,-dificult~n la correcta operaci6n de las mismas, igualmente esrecomendable desplantar las estructuras n lugares que garan-ticen la mxima seguridad, eludiendo los fuertes terrap1enes-en cruzamientos con alguna depresi6n o canal existente, por -el peligro que ocasionara la tubificaci6n que pudiera prese!:!;.tarse.

V.3.l.4 Diseo Hidrulico. .

El diseo hidrulico de una r~presa tiene como pr~psito determinar el tamao de la secci6n transversal necesa-ria, las prdidas de carga que produce, la longitud de sus --transiciones - cuando son necesarias-,y el tipo y nmero de -obturadores.

La represa se puede proyectar para funcionar como ve~t~dor, como orificio o como una combinaci6n de ambos.

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86,..,

, A. REPRESAS TIPO VERTEDOR.l~ .

Cuando se desea conseguir un nivel constante del aguaaguas arriba, en algunos casos por tener tomas de regulaci6n -automtica, otros por conseguir caudales constantes en las to-mas, normalmente se usa una represa tipo de vertedor, que pue-de ser: con controles m6viles, como la represa de agujas, o --sin ellos, como las represas de vertedor fijo (ya sea de tipo-diagonal, "pico de pato" o la de tipo "2").

El caudal que pasa por esta represa se puede calcularmediante la f6rmula de Francis, para vertedores:

3 / 2Q = C L H (V.3.4)

Donde:

Q = ,gasto en m3/seg1C = coeficiente de gasto en m2/seg = m l2i

L = longitud de la cresta del vertedor, en mH = ca-rga del vertedor, en m

cuando la longitud de cresta es grande, las variaciones de la-descarga motivan oscilaciones relativamente pequeas del niveldel agua aguas arriba. -

Ia) Represas de vertedor fijo sin, controles m6viles.

La mayora de las veces un vertedor con su crestanormal al flujo, brinda una longitud insuficiente por el limi-tado ancho de la SLA (T) en el canal, teniendo que invadir sulibre bordo en magnitudes que peligran con un desbordamiento ydando un con~rol inadecuado del gasto en las tomas por las va-

f riaciones del nivel del agua.

Con el objeto de evitar e s t e - problema, en-pases del Mediterrneo Europeo se han estado usando las repr~

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-87-

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sas con vertedor diagonal o las de "pico de pato!'.

Las represas "pico de pato", segn Liria y To-rres (15) estn conformadas por vertedores de gran longitud -intercalados en el canal donde se ubican, de forma que manti~nen el nivel de la SLA entre dos lmites pr6ximos que son el-de la cresta vertedora y el correspondiente a la SLA para el-caudal mximo (o uno que no rebase el 25% del libre bordo, c~mo recomendaci6n del autor). Dimensionando convenientemente-la longitud de la cresta del vertedor, se puede obtener una -

constancia suficiente del nivel.

Para el proyecto de las represas "pico de pato"debe tenerse en cuenta que la velocidad del agua en el acceso,debe ser reducida, lo que exige un ensanchamiento de la sec--ci6n transversal del ca~al. Para cargas mximas en el verte-dor de 8 cm, el ensanchamiento debe reducir la velocidad a --

0.5 m/seg, con lo que el caudal por metrd lineal de cresta esde 40 l.p.s. Con este dato, se puede calcular una longitud -

tentativa al vertedor.

Cuando los caudales son grandes, puede reduci!.se la longitud de cresta instalando una compuerta operada a -mano, a travs de la cual pase una fracci6n importante del -- -

gasto, funcionando el vertedor para regular las osci1aciones-del resto. Esta compuerta se maniobrar tanto menos cuanto -mayor sea el porcentaje del caudal previsto que pase por el -.vertedor y, por 10 tanto, su longitud.

La 'pico de pato" produce una prdida de cargaigual al espesor de la lmina vertiente, no existiendo incon-veniente en enrasar la cresta del vertedor con el nivel mxi-mo (N.N.A.) aguas abajo ya que, si la lmina no se airea, el-desage es mayor.

Cuando la longitud del vertedor resulta muy gr~de y no se dispone la compuerta mencionada, ,puede..- desdqblaxse

"- - .

..88"

en dos yuxtapuestos en paralelo, conservando la misma longitudtotal, con 10 que se reduce la de la cubeta.

En la parte inferior de la pared de los vertedores, en -la punta del pico, conviene dejar un orificio para que pueda

desaguarse el tramo aguas arriba cuando el canal queda fuera.I de servicio. Este orificio es innecesario cuando se coloca una

compuerta.

.. Para el diseo hidrulico de la represa "pico de pato" -se siguen las recomendaciones y diagramas que proceden del ma-nual "Les ouvrages d'un petit reseau d'irrigation", creado porla Societ~ Gnrale des Techniques Hydro~Agricoles (SOGETHA) ypublicado dentro de la serie "Techniques Rurales en Afrique" -por el Gobierno de Francia en 1970 y que son citados por la -FAO (11).

Para calcular la descarga para una represa con vertedordiagonal; !'pico de pato" o de tipo "Z", se usa la formula --(V.3.4.), en la cual el valor de m depende de la forma de la -cresta y del ngulo 0.. Para o. mayor de 450 , se usan los va1~res indicados en la figura V.3.3. La grfica de la figura - -V.3.4. se puede utilizar para determinar la descarga por metrolineal de cresta y, a partir de este dato, la longitud total -requerida de cresta.

La figura V.3.5. sirve de auxilio para determinar el n-gulo o. a partir de la longitud de cresta, requerida. Si o. es i~feriar a 450 se recomienda, por razones de economfa, la utili-"Zacion de una represa con vertedor diagonal en vez de una de -"pico de pato". Para valores superiores a 45 o y hasta 70 o, es

preferible el empleo de una represa "pico de pato". El extremode la cres ta en la "pico de pato" se fij a en 40 cm independie!?;.temente del ancho de plantilla del canal (b) donde se le ubica,cuando lleva compuerta, aquf es donde generalmente se coloca.Algunas veces, a los extremos de la cresta, se le -

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" -,c' .- "r:~~~

-89-

,

l dota una forma semicircu1ar con un radio de 30 a 40 cm, como- el diseo Espaol mostrado posteriormente.

R E P R E S ADIAGONAL PICO DE PATO TIPO Z1 Cresta sin O 34 0.32 0.31

redondear: m= .

~ Cresta redon~e~ O 38 O 36 0.34~ da aguas arr1ba: m=. .

Fig. V.3.3 Valores del coeficiente "mIl en la' f6I1IRl1a V.3.4, para ngulosde a mayores de 45 (Ref. -11-)

30

20

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E 10 u

c 9al e .

71 :t.

6

5

4

310 20 30 40 50 60 70 80 '0 150 200

Descarga (l/B) por lIIetro de longi.tud de la cre~ta.~

Fig. V.3,4 Grfica para determinaci6n de la descarga unitaria sobre re--o presas diagonal es, en pico de pato o de tipo Z (Re. -11 -)

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