7. ESTRUCTURAS PARA LA TOMA DE AGUA PRINCIPAL

7.0 Introducción

1. Las estructuras de toma de agua dependen del tipo de estanque utilizado. Usted sabe ya que un estanque piscícola puede abastecerse con agua de diversas procedencias. Se pueden distinguir varios tipos de estanque, atendiendo a sus estructuras de toma:


Nota: Si el suministro de agua procede de un embalse, las estructuras de toma forman normalmente parte del sistema que libera el agua represada en el canal de alimentación del estanque. Pueden constar de:

 
     
   

Selección de las estructuras de toma de agua

2. Los principales elementos de una toma de agua son los siguientes:

3. Son muchas las formas que pueden adoptar las estructuras de toma de agua, algunas de las cuales pueden ser muy complejas y requerir técnicas especializadas de diseño y construcción. El presente manual se ocupa de las relativamente sencillas (Cuadro 31), que usted podrá construir por su propia cuenta o con ayuda de un buen albañil.

Tomas de agua principales

4. Las tomas de agua principales se utilizan para la regulación y desviación general del suministro hídrico a un estanque o grupo de estanques. En muchos casos, se distinguen de las estructuras de conducción de agua, que se estudían en el Capítulo 8, y de las estructuras secundarias de entrada en los estanques, de las que se ocupa el Capítulo 9, que abastecen y regulan la Ilegada de agua a los distintos estanques.

5. El objetivo principal de una toma es garantizar un suministro constante de agua que se pueda ajustar a las condiciones locales.


 
Tramo AA

Localización de la toma de agua principal a lo largo de una corriente

6. La ubicación del estanque y su canal de alimentación determinan normalmente la localización de la toma de agua principal. Si el estanque se tiene que construir a lo largo de una corriente, es mejor seleccionar un emplazamiento:

No colocar nunca una toma de agua en la parte interna de la curva
de un cauce donde puedán acumularse sedimentos, arena o grava.


 
Elija un lugar en la parte exteríor de la curva donde el agua
corra más rapidamente y es menos probable que
se acumulen sedimentos, arena o grava.


Nota: Evite los grandes ríos con nivel de agua variable. Cerciórese de que la toma no se encuentra por encima del nivel mínimo del agua del río.

7.1 Determinación del nivel de la toma de agua

1. Hay dos tipos principales de tomas:

  • una toma de nivel abierto o libre, en que los niveles de suministro del agua no están regulados y la toma actúa cualesquiera que sean las condiciones del caudal. Este sistema es sencillo y relativamente barato, pero normalmente requiere un suministro fiable de agua que no fluctúe excesivamente;
 
     
  • una toma de nivel regulada, que cuenta, aguas abajo, con una estructura de desviación para mantener los niveles del agua aunque cambien las condiciones del caudal. Este sistema resulta más caro pero también más fiable, y permite disponer de un suministro constante.
 

2.En ambos casos, deben tenerse en cuenta dos aspectos importantes:


3. En el caso de un sistema de toma abierto, hay que cerciorarse de que el nivel de agua de la fuente de abastecimiento es suficiente en todo momento para que se pueda tomar el agua en la profundidad necesaria. Hay que comprobar también que la toma no corre peligro de inundación. Como se vera más adelante, se puede utilizar una compuerta de regulación para regular el suministro de agua de entrada.

4. En el caso de un sistema de nivel regulado, se puede determinar el nivel del agua fijando el nivel de la estructura de desviación. Son muy importantes los siguientes puntos:

(a) Comprobar los perfiles longitudinal y trasversal del valle aguas arriba de la estructura para calcular la superficie de la zona inundada que se crearía más allá de la estructura propuesta.

(b) Procurar que la estructura de desviación esté situada aproximadamente en el nivel minimo de agua necesario para que el agua fluya hacia el canal de suministro.

(c) Comprobar que es posible eliminar el agua de crecida, bien medíante un aliviadero o con un canal lateral (Capitulo 11). Si la estructura está hecha con materiales blandos, fácilmente erosionables (tierra o arcilla), es mejor utilizar un canal lateral.

Nota: Si la estructura de regulación debe fijarse a un nivel más bajo para reducir el tamaño del estanque aguas arriba, quizá haya que ampliar el canal de suministro para obtener el caudal deseado (Sección 8.2).

Cerciórese de que los niveles de crecida no rebasen
la estructura de regulación.


 
Si la estructura de regulación debe colocarse a un nivel inferíor
para reducir el tamaño del «estanque» aguas arriba, quizá tenga que
ampliar el canal de abastecimiento para obtener el caudal deseado

 

5. Los métodos para determinar los niveles relativos son los descritos en Topografía, Colección FAO: Capacitación, 16/1 y 16/2. Cuando sea posible, utilice la información local disponible. En teoría, habría que contar con sistemas de medición del caudal y del nivel del agua (véase Agua para la piscicultura de agua dulce, Sección 36, Colección FAO: Capacitación, 4).

7.2 Dimensiones de la toma de agua

1. Cuanto mayor sea la superficie de la toma de agua, menor será la pérdida de altura cuando el agua entre en los estanques. Este factor puede resultar importante cuando la altura disponible es muy pequeña.

2. No costante, en la mayor parte de los casos la toma de agua tiene aproximadamente la misma anchura que el canal de abastecimiento unido a ella. Las dimensiones del canal de abastecimiento se eligen según el caudal requerido (Sección 8.2). Si el canal de alimentación es especialmente ancho o si se quiere aumentar la pérdida de altura en la toma de agua (por ejemplo, cuando el nivel exteríor es mucho mayor que el nivel necesarío dentro del canal de alimentación), la toma puede ser más estrecha que dicho canal. Por lo general, es más facil regular una toma estrecha, ya que resulta más fácil mover los tablones o los puntos de regulación de la compuerta.

3. Como orientación aproximativa, en el Gráfico 6 pueden verse algunos niveles típicos de caudal a través de estructuras de toma con diferentes pérdidas de altura. Está pérdida deberá sumarse a la pérdida del canal de alimentación (Sección 8.2) para determinar los niveles relativos de la toma y de los estanques.

Ejemplo

Si hay 0,20 m entre el nivel minimo de toma y el suministro del estanque, se requiere un caudal de 0.25 m3/s. Se calcula que la pérdida de altura en el canal de abastecimiento como consecuencia de la pendiente del fondo (Sección 8.2, párrafo 8) es de 0,15 m. La posible pérdida de altura como consecuencia de la toma es de sólo 0,20 — 0,15 m = 0,05 m, es decir 5 cm. Para garantizar el volumen de caudal necesario, la anchura de la entrada debería medir al llenos 0,40 m o 40 cm (Gráfico 6).

 
GRAFICO 6
Caudal del agua a través de las esclusas

4. Más adelante se describen las estructuras de regulación de la toma (Secciones 7.6 y 7.7). Antes, se dará alguna información sobre las estructuras de desviación utilizadas para las tomas (Cuadro 31).


CUADRO 31
Estructuras de derivación para regular los niveles de agua de la corriente.


7.3 Estructuras sencillas de desviación

1. Se pueden construir estructuras sencillas de desviación con una gran variedad de materiales. Estos materiales tienen la capacidad de retener el agua, pero no deberán utilizarse cuando el agua se desborde periódicamente.

Presa de barrera de tierra

2. Se puede bloquear totalmente el canal de un pequeño curso de agua con una presa de tierra (véase Construcción, Secciones 6.1 y 6.6). Para ello, proceda de la siguiente manera:

(a) Diseñe la presa que va a construir como si fuera para un estanque de presa (véase Sección 6.1).

(b)Desvíe el caudal de agua del emplazamiento de la Construccion. Esta tarea resulta más fácil cuando la corriente es lenta, por ejemplo, al final de la estación seca.

(c) Señale con estacas la base de la presa, haga el trabajo de movimiento de tierras y construya la presa en sentido trasversal al curso de agua (véase Sección 6.6).

(d) Construya la estructura de toma, el canal de abastecimiento de agua y su rebosadero, lejos de los estanques.

(e) Reduzca gradualmente la desviación temperal, dejando que la corriente recupere su curso en el cauce original, y rellene el canal de alimentación de agua.

Nota: En caso necesario, proteja la parte mojada de la nueva presa con rocas o piedras

 

Barrera de estacas de madera o de bambú

3. Puede bloquear también el canal de una pequeña corriente utilizando una doble fila de estacas de madera o de bambú atadas con enredaderas o lianas flexibles, y recubriendo con arena arcillosa el espacio entre las estacas para evitar fugas de agua.

4. Recuerde que:

Doble fila de estacas de bambú
 
Barrera de estacas de madera o de bambú

Barrera de tablones de madera

5. Hay otras formas de construir una barrera utilizando tablones y estacas de madera. Este tipo de barrera se puede quitar fácilmente en la estación de lluvias, cuando comienza a subir el nivel del agua del canal.


6. Aquí aparecen representados dos tipos de barreras de estacas. En el primero, las estacas están colocadas con poca angulación y unidas por vigas. En el segundo, las estacas se mantienen fijas entre una ligera estructura de troncos y se pueden quitar retirando las estacas de una en una.

(a) Las estacas deberán introducirse firmemente en el suelo, una junto a otra.


(b) Las juntas entre las estacas podrán rellenarse, si es necesario, con arcilla pesada para que la barrera resulte más impermeable.


(c) Se pueden utilizar también chapas de politeno más o llenos pesadas, sacos superpuestos, cámaras viejas de neumáticos o tela de saco o fieltro recubierto de alquitrán para reducir las filtraciones.


(d) El nivel del agua de la corriente se puede elevar basta que alcance una altura de 0,8 a 1 m.

 

7.4 Estructuras de desviación sumergibles

1. Estas estructuras se pueden utilizar para la contención del agua y como rebosaderos.


Barrera de estacas de madera

2. El objetivo de este tipo de barrera es únicamente elevar el nivel del agua de la corriente sin bloquear completamente el flujo del agua. Parte del agua puede pasar a través de la barrera permeable, mientras que el resto fluye por encima de la barrera.


3. La barrera consta de dos filas de estacas de madera introducidas verticalmente en el cauce de la corriente y unidas fuertemente con cuerdas o lianas. Aguas abajo de la base de la barrera, se puede colocar grava o piedras para reducir la erosión del fondo. La barrera deberá penetrar profundamente en ambos márgenes.

 
     

Barrera de piedras

4. Se trata de una estructura sumergible muy sencilla, que se construye apilando piedras en sentido trasversal a la corriente y formando una pequeña barrera porosa. Esta barrera se debe construir en capas. En cada capa, utilice primero piedras relativamente grandes y luego rellene los huecos con piedras más pequeñas. La anchura de la base depende de su altura final, que no deberá ser de más de un metro. Procediendo con cuidado, se pueden construir pendientes laterales con un coeficiente de 1:1, para ahorrar esfuerzos. Con este método, para una barrera de un metro de altura se requiere una base de unos 2,5 m de anchura y 0,5 m de anchura en la parte superíor.

 

Barrera de gaviones

5. Usted ha aprendido ya a construir gaviones (véase Sección 4.7). Este sistema se puede utilizar con muy buenos resultados en las corrientes pequeñas, con un caudal mcximo de llenos de 100 l/s, para desviar parte del agua y actuar como aliviadero en las crecidas. Es especialmente indicado cuando se puede encontrar grava en el cauce de la corriente y cuando es fácil conseguir piedras.

6. Actúe como sigue:

(a) Cuando el caudal del agua esté en su nivel mínimo, desvíe la corriente del lugar donde debe trabajar.


(b) Marque con estacas la base de la barrera que desea construir, por ejemplo, una superficie rectangular de 3 m de anchura, trasversal al cauce de la corriente, formando ángulo recto con la dirección de la misma.


(c) En sentido trasversal a esa superficie, prepare una plataforma horizontal a una profundidad aproximada de 0,5 m por debajo del nivel del cauce de la corriente.

(d) Construya el cimiento de la barrera en la plataforma horizontal, utilizando una capa de gaviones de poco espesor (2 m x 1 m x 0,5 m), como se observa en Sección 3.7.

(e) Encima de este cimiento construya el cuerpo de la presa utilizando dos capas de gaviones de poco grosor colocados trasversalmente y en la parte de aguas arriba del cimiento. Sujete fuertemente estos gaviones en los márgenes de la corriente y entre sí.

(f) En caso necesario, proteja los márgenes por encima de la segunda capa con otras capas laterales de gaviones de poco grosor. Rellene los huecos con tierra arcillosa compactada.

Barrera de gaviones en una corriente
 
Gráfico de una barrera de gaviones con protección adicional de tablones

7.5 Estructuras de desviación regulables

1. Las estructuras de desviación regulables son mas caras y más complicadas de construir, pero permiten una regulación más fàcil y más precisa del nivel del agua en la corriente. Se trata de estructuras permanentes construidas con hormigón armado y tablones desmontables. En los siguientes párrafos, aprenderá dos disenos sencillos de estructuras regulables de desviación. Uno y otro podrían adaptarse a las condiciones locales.

Presa con dos pilares

2. Se puede construir una presa ajustable y estrecha, de 2,5 a 3 m de longitud y 1 a 1,5 m de altura, utilizando hormigón armado y tablones resistentes 5 cm de grosor.

3. Para una presa de tablones de 1 m y con dos pilares de 1 m de altura, se necesitaràn los siguientes materiales:

Otra posibilidad seria utilizar red metàlica de refuerzo, por ejemplo con 10 cm de malla y 6 mm de grosor.

Plan de una presa con dos pilares
 
Tramo AA

Construcción de una presa con dos pilares

Colocación de un refuerzo de barras de acero en una presa con dos pilares

Presa con tres pilares

   

4. Se puede construir una presa de desviación ajustable más ancha, de 4 a 7 m de longitud y 1 a 1 ,5 m de altura, utilizando dos pilares laterales de hormigón y uno o varios pilares centrales, unidos por dos series de tablones fuertes de 5 cm de grosor.

5; Para una presa de 1 m de altura con tablones de 1 m de longitud y un pilar central, se necesitarán los siguientes materiales:

  • hormigón para el cimiento: 4,2 x 0,8 x 0,3 m = 1,01 m3
  • cimiento para tres pilares: (0.36 m3 x 2) + (0.3 m3) = 1.02 m3
  • refuerzó de pilares, barras de acero de 6 mm de diámetro:
    para los pilares verticales (10 x 1.10 m) + 30.8 m = 41.8 m

para los travesaños:

4 x 1. 05 m = 4.2 m
8 x 0. 50 m = 4.0 m
4 x 0.60 m = 2.4 m

más pilares de los extremos: 15.2 + 10.8 m = 26.0 m

  • refuerzo de los cimientos:
    de acero de 8 mm de diámetro, 4 x 4.20 m = 16.8 m; y barra de acero de 6 mm de diámetro, 21 x 0.60 m = 12.6 m; o red metálica de refuerzo, como se ha señalado en el ejemplo anterior.

 
   
 

Plan de una presa con tres pilares
 
Tramo AA

6. Sumerja los cimientos de la presa en el cauce seco, fìjándolos lo mas lejos posible a soportes sólidos. La parte superior del cimiento deberia quedar unos 5 cm por debajo del nivel del lecho de la corriente.

7. Introduzca cada pilar en los márgenes de la corriente, En caso necesario, añada apéndices laterales de piedra u hormigón. Se pueden utilizar también tablones adicionales y recubrir el espacio entre ellos con arcilla bien compactada. Para evitar la erosión, refuerce con piedras el margen del cauce, en la parte próxima a cada pilar.

8. Para dar forma al hormigón y fijar debidamente los refuerzos, quizá necesite ayuda de un buen albañil.

Nota: Si tiene dudas sobre la estabilidad del cauce, quizá sea más seguro unir los cimientos de manera que formen uno solo que ocupe toda la anchura del cauce. Para ello se requerirá más material, pero se conseguirá una estructura fija en caso de erosión del cauce.



Note: Para hacer los encofrados para el hormigón y sujetar firmemente el refuerzo, quizá necesite ayuda de un buen albañil

Colocación de un refuerzo de barras de acero para una presa con tres pilares*

* véase para la sección horizontal del pilar lateral

7.6 Estructuras regulables para la toma de agua principal

Los dos grandes tipos de estructura

1. En secciones anteríores se ha descrito la manera de determinar el nivel y las dimensiones de las estructuras principales de toma de agua. Ahora examinaremos los tipos de estructuras que se pueden utilizar. Hay dos tipos básicos:

Regulación del caudal del agua

2. El caudal del agua se puede regular fundamentalmente de dos maneras:

3. Estos dos sistemas van encajados en una estructura de sujeción, que puede ser de madera, ladrillos o bloques, hormigón o acero, como las estructuras regulables de desviación descritas en la Sección 7.5. Las estructuras van dotadas de uno o más conjuntos de ranuras de sujeción en cada lado, como se ilustra en esta página y en la página siguiente.





















Nota: Las tomas se pueden hacer también con un brazo giratorio o tubería vertical flexible (véase Sección 10.3). Esta alternativa es menos frecuente como toma principal, pero puede resultar útil para regular caudales de agua más pequeños. La capacidad habitual de estas tuberías puede verse en el Cuadro 13 de la Sección 3.8.

 
     
Tablas de compuerta fijadas en las ranuras de madera
 
Tablas de compuerta fijadas en las ranuras moldeadas

Conducción forzada regulable encajada en ángulos metálicos
 
Compuerta metálica deslizante fijada en las ranuras moldeadas

Cómo regalar el caudal

4. Mientras que las conducciones forzadas suelen diseñarse de manera que cierren perfectamente en diversas condiciones, es más difícil que los tablones de las presas de desagüe encajen o cierren perfectamente, sobre todo cuando se trata de tablones muy anchos, que pueden torcerse y combarse con mayor facilidad. Una mejora interesante consiste en utilizar alzas abatibles impermeabilizadoras o planchas gruesas de politeno cámaras viejas de neumáticos. Normalmente, sin embargo, se utilizan tres conjuntos paralelos de ranuras, dos para introducir o sacar una rejilla y una serie de tablones, y otro para añadir una segunda serie de tablones cuando haya que detener completamente el agua dentro del canal de abastecimiento.

Impermeabilización con pliegue y clavos
 
 

 



Construcción de una toma de agua principal
 

Colocaclón de barras de acero para el hormigón armado


Estimación del caudal de agua que pasa por la toma

5. El caudal que atraviesa estas estructuras cuando están abiertas se puede estimar utilizando el Gráfico 6. En las tomas de superficie con tablones, la estructura de regulación actúa como si se tratara de un pequeño vertedero (véase Agua Sección 3.6 ), en que el caudal del agua depende de la anchura del tablón y de la altura del agua que corre por encima de él. En el Cuadro 32 pueden verse los valores típicos. Cuando se trata de tomas sumergidas, por ejemplo conducciones forzadas, el caudal depende de la diferencia de altura entre uno y otro lado de la compuerta y del tamaño de la abertura. En el Cuadro 33 pueden verse los valores típicos.

Proteger la toma de la erosión

6. Hay que procurar en todos los casos evitar la erosión, ya que la velocidad del agua puede aumentar considerablemente en las proximidades del paso del agua. Por norma general, a no ser que se utilicen diseños especiales (para ello, consúltese con un especialista en hidráulica), el salto deberá ser, en toda la toma, inferior a 80 cm.

CUADRO 32
Caudal de agua sobre las compuertas (m3/s)

Anchura del vertedero (m)
0.3
0.7
1.0
1.3
1.7
2.0
Altura sobre el vertedero (cm)
1
0.001
0.001
0.002
0.002
0.003
0.004
 
2
0.002
0.004
0.005
0.007
0.009
0.010
5
0.006
0.014
0.020
0.027
0.035
0.041
10
0.016
0.040
0.057
0.074
0.098
0.115
15
0.029
0.072
0.104
0.136
0.179
0.211
20
0.043
0.109
0.158
0.207
0.273
0.323
     

CUADRO 33
Caudal de agua a traves de una esclusa a presión (m3/s)

Superficie de la apertura de la compuerta (m2)
0.1
0.2
0.3
0.5
1.0
1.5
Pérdida de carga a traves dela compuerta (cm)
1
0.027
0.055
0.082
0.137
0.274
0.412
 
2
0.039
0.078
0.116
0.194
0.388
0.582
5
0.061
0.123
0.184
0.307
0.614
0.921
10
0.087
0.174
0.260
0.434
0.868
1.302
15
0.106
0.213
0.319
0.532
1.063
1.595
20
0.123
0.246
0.368
0.614
1.228
1.841

7.7 Rejillas y protección de la toma

1. Cuando hay posibilidad de turbulencia, los lados y la parte de salida de la estructura se pueden reforzar utilizando madera, hormigón armado ligero, ladrillos o cantos rodados introducidos en cemento.


2. Son varias las maneras de proteger las estructuras de toma frente a la acción de las materias flotantes y de la erosión provocada por el agua. Contra las materias flotantes se pueden utilizar en la mayor parte de los casos rejillas o sistemas de protección, mientras que frente a la erosión del agua se pueden utilizar gaviones, bloques de madera o bambú o refuerzos de piedras.

Utilización de rejillas

3. Las rejillas pueden disponerse de varias formas. El sistema más común consiste en colocar una sencilla rejilla lateral. Pueden situarse también horizontalmente, inclinadas o incluso en la base de la corriente de abasteci-miento.

4. En muchos casos, se utiliza una sola rejilla, normalmente de barras de acero de 6 a 8 mm de diámetro con una separación de 20 a 35 mm. Esta rejilla basta para evitar los objetos de mayor tamaño. Si hay que eliminar partículas menores, se puede colocar una segunda rejilla de barras más finas (por ejemplo de 4 a 6 mm de diámetro) y llenos distanciadas (de 5 a 10 mm), o de malla de acero. La segunda rejilia se puede colocar dentro de la principal o incorporarse a la misma estructura de toma.

5. En las estructuras sencillas, el área de la sección trasversal es aproximadamente la misma que la de la toma principal. Para que el agua corra mejor y para que la rejilla siga funcionando aun cuando esté parcialmente bloqueada, muchas veces se construye de mayores dimensiones que la toma (por ejemplo, utilizando rejillas horizontales o rejillas inclinadas en forma de «V»; véase el siguiente manual de esta serie).

6. Recuerde que una rejilla bloqueada puede encauzar el agua hacia los canales de desviación, y de esa manera reducir el volumen de agua que Ilega al estanque.


7. Las rejillas se pueden limpiar sacándolas de sus rendijas y cepillándolas, o elevando la parte articulada cuando se trata de una rejilla horizontal o inclinada, o disponiéndola de tal manera que la misma corriente de agua la vaya limpiando. Existen también rejillas automáticas mecanizadas, pero estas instalaciones especializadas quedan fuera del alcance del presente manual.

8. Puede saber más sobre filtros en el próximo manual sobre Gestión, 21.

 
 
 

Protección de las estructuras de toma

9. Las estructuras de toma se pueden proteger de varias maneras. En otro lugar del manual se presentan los principios básicos de construcción.

10. Para la protección de los muros se puede utilizar una estructura ligera de cañas de bambú atadas, red entrelazada o estacas y tablones. Compruebe que la estructura esté bien sujeta y evite que el agua se abra camino por detrás de la estructura. De lo contrario, la erosión podría actuar rápidamente y la estructura se debilitará y perderá su eficacia.

11. En el cauce o a lo largo de los márgenes se pueden introducir postes, planchas atadas o estacas. Si se colocan bien, pueden reducir la erosión. Si se introducen en sentido trasversal en una zona de toma, pueden actuar también como una especie de rejilla tosca que evitará el paso de los cuerpos flotantes de gran tamaño y peso.

12. En torno a la toma se pueden utilizar gaviones para desviar el agua, si para ésta incide con fuerza contra uno de los márgenes de la corriente.

 

13. Si resulta fácil obtener rocas o grandes piedras, éstas se pueden
utilizar también con buenos resultados. Generalmente, cuanto mayores