Se incluyen los criterios técnicos necesarios para el diseño de obras subálveas para la intercepción de escurrimientos sub-superficiales disponibles en el aluvión de corrientes perennes e intermitentes.

1. Presas Subálveas
1

2. Presas Subálveas
2
Introducción
Ante la necesidad de contar con agua en la
temporada de sequía, las presas subálveas son
una alternativa para el almacenamiento y
aprovechamiento de agua en lugares áridos o
semiáridos, donde las condiciones del medio no
permiten contar con ríos perennes, manantiales
u otras fuentes de agua.
Las presas subálveas son obras ideales para la
intercepción del flujo subsuperficial (debajo de la
superficie del terreno) en las zonas aluviales de
las riberas de los ríos, especialmente cuando se
facilita la excavación en el lecho del cauce.
Estas obras se adaptan por la reducción del
caudal superficial en la época de estiaje y por la
escasa compactación de sus lechos.
Los aprovechamientos subálveos se realizan en
cauces con lecho impermeable a poca
profundidad, con la finalidad de abrir zanjas
transversales de poco calado y construir en ellas
un muro impermeable anclado en la roca firme
del fondo y las laterales. Parte de los
escurrimientos interceptados generalmente se
conducen aguas abajo hacia las áreas de
aprovechamiento humano, abrevadero de
ganado y/o pequeño riego (traspatio, viveros,
frutales).
A medida que la arena se acumula aguas arriba
de la presa, se crea un acuífero artificial y
aumenta la capacidad natural de
almacenamiento de agua de éste. El acuífero se
llena de agua durante la temporada de lluvias,
generalmente dentro de uno o dos grandes
eventos de lluvia, y comienza a fluir sobre la
presa, para finalmente quedar disponible en la
época de estiaje.
Además de ser una tecnología de recolección de
agua de lluvia rentable en tierras secas, las
presas subálveas transforman los ambientes
elevando la capa freática, permitiendo así la
regeneración natural de la vegetación.
Si el caudal proporcionado por una sola
estructura no fuera suficiente, se analizará la
posibilidad de construir una batería de muros
impermeables interconectados a lo largo del
cauce, tomando en cuenta que las presas
subálveas son estructuras de bajo costo.
Definición
La presa subálvea es una obra de
almacenamiento que intercepta el flujo de agua
subsuperficial en aluviales arenosos, a través de
una pared impermeable construida
perpendicularmente a la dirección del flujo en el
cauce y que eleva el nivel de saturación del
aluvión por debajo del lecho del cauce o por
encima de este, mejorando así la calidad del
agua, disminuyendo las pérdidas por
evaporación y permitiendo la atracción de agua
disponible durante la época de estiaje para
aprovechamiento humano, abrevadero de
ganado y/o pequeño riego (Figura 1).
Figura 1. Presa subálvea
Fuente: http://mccdodoma.blogspot.mx

3. Presas Subálveas
3
Objetivo
• Interceptar los escurrimientos
subsuperficiales, disponibles en el aluvión de
las corrientes perennes e intermitentes, a
través de una pared (cuerpo de la presa)
instalada perpendicularmente a la dirección
del flujo en el cauce.
• Elevar a una cota deseada, el nivel de
saturación del aluvión por debajo del lecho
del cauce o por encima de este (presa que
aflora sobre la superficie del fondo del
cauce).
• Derivar el flujo de fondo a través de una
galería o extraer el agua almacenada en los
espacios porosos a través de una noria.
Ventajas
Dado que el cuerpo de la presa subálvea y su
vaso de almacenamiento están bajo la superficie
del cauce, se obtienen condiciones favorables
que no las proporcionan las presas superficiales,
como las que se mencionan a continuación.
• Es una tecnología simple y de bajo costo que
pueden ser construida por las comunidades
rurales y con materiales disponibles
localmente.
• Por estar el cuerpo de la presa construido
dentro de los estratos del aluvión, permite un
muro delgado (cuerpo de la presa) sin
soporte alguno.
• Es posible almacenar agua sin inundar
terrenos, previendo la posibilidad de usar la
superficie del suelo.
• Aun cuando falle la presa, no habría daños
humanos ni materiales.
• Las pérdidas por evaporación son mínimas.
• El flujo a través del lecho de arena mejora la
calidad del agua.
• Son una alternativa en regiones donde
existen restricciones administrativas para la
construcción de presas de almacenamiento
superficial.
• Este tipo de presa puede servir como una
estructura colectora para desviar el flujo de
agua subterránea, recargar acuíferos
adyacentes y elevar el nivel de agua
subterránea.
• Prolongan eficazmente en la época de
estiaje, el volumen de agua disponible para
su extracción.
• Una serie de presas subálveas provocará un
aumento general de los niveles de agua
subterránea en un área más grande.
• Los sedimentos detrás de la presa si son
muy arenosos, pueden aprovecharse para la
construcción o si son limosos, para mejorar
terrenos agrícolas aledaños.
• Se reduce la cría de mosquitos y otros
insectos, en comparación con el
almacenamiento abierto.
Desventajas
La construcción de las presas subálveas
presentan las siguientes desventajas.
• Por estar el cuerpo de la presa bajo la
superficie del terreno, no se puede ver ni se
puede conocer con precisión el volumen que
almacena subterráneamente.
• En terrenos de escasa pendiente topográfica,
se requiere un costo adicional por bombeo
para extraer el agua almacenada, lo cual
incrementa los costos de mantenimiento.

4. Presas Subálveas
4
• El agua captada es propensa a
contaminaciones por el paso de ganado.
• El nivel freático se encuentra prácticamente
a presión atmosférica, por lo que su
rendimiento hidráulico es bajo.
• Puede impedir el flujo de agua subterráneo
aguas abajo y ocasionar problemas de
abastecimiento en esta área.
Aspectos generales
La función principal de una presa subálvea, es el
aumento de la disponibilidad de agua mediante
el almacenamiento de agua en el lecho y bancos
del río. El agua se almacena entre los espacios
porosos de la arena, que puede ser hasta de 35
por ciento del volumen aparente de la
arena. Las presas subálveas obstruyen el flujo
de agua subterránea a través del lecho del río,
lo que resulta en una recarga de agua
subterránea de reposición continua, aguas
arriba de la presa (9).
Las presas subálveas son una alternativa en
aquellas áreas limitadas por la disponibilidad de
agua, donde no hay ríos perennes y las
precipitaciones pluviales son esporádicas. Para
su localización, se buscan lechos de río
permeables generalmente arenosos, y su
construción consiste de un dique o muro
prácticamente impermeable. De esta forma, el
bloqueo aumenta el almacenamiento de agua
subterránea, en los vacíos de rocas o
sedimentos, al elevar el nivel freático a una cota
de diseño (Figura 2).
Funcionamiento hidrológico
En la mayor parte de las regiones semiáridas,
los ríos sólo retienen agua durante y poco
después de los eventos de precipitación,
especialmente en las zonas más altas de las
cuencas (9). Los eventos de lluvia a menudo
son de alta intensidad y corta duración, lo que
combinado con ciertos tipos de suelos (como el
limo y arcilla), propicia que la mayor parte de la
precipitación se convierta en la escorrentía
superficial en lugar de infiltrarse en el suelo.
Figura 2. Esquema del funcionamiento de una
presa subálvea
Fuente: http://www.churchwilnerotary.org.uk
Una presa subálvea obstruye el flujo de agua
subterránea a través del aluvión
permeable. Sólo se necesita uno o dos eventos
de lluvias de gran magnitud para saturar la zona
de aluvión del cauce y fluir el agua en el río,
como lo haría en ausencia de un dique. La carga
de agua aguas arriba, resulta en un flujo de
agua subterránea de las riberas del río hacia su
lecho, lo cual favorece la reposición del depósito
creado. El agua está disponible en el lecho del
cauce, siempre y cuando el flujo subterráneo
desde las riberas del río continúe. Por lo tanto,
las presas subálveas son recomendables para
retener el suelo y aumentar la infiltración del
agua de lluvia que mejore el flujo base dentro de
la cuenca (1) (Figura 3).

5. Presas Subálveas
5
Figura 3. Componentes del balance hídrico
Fuente: Borst y Haas, 2006 (1)
Los componentes del balance hídrico son:
ET = Evapotranspiración.
E = Evaporación.
P = Precipitación pluvial.
R = Escorrentía superficial en las laderas.
Bs = Flujo base de agua subterránea en las
laderas de ambas márgenes del cauce.
Bf = Nivel y profundidad del flujo base.
Qout = Descarga del flujo base sobre la presa.
Lout = Fuga por debajo y alrededor de la presa.
Qin = Descarga sobre la presa aguas arriba.
Up = Uso de agua o abstracciones.
Gr = Pérdida de agua en el suelo
"impermeable”.
Sedimentación
Los diques subálveos se construyen sobre y
dentro del cauce estacional de un río arenoso y
su tamaño va de acuerdo a las dimensiones del
cauce y flujos pico. Su funcionamiento se basa
en la sedimentación de arena gruesa aguas
arriba de la estructura, por lo que la capacidad
de almacenamiento natural del acuífero, en el
lecho del río, aumenta en función de la altura de
diseño.
La sedimentación aguas arriba de la estructura
se produce durante los eventos de lluvias de
gran magnitud, cuando la descarga del río es
alta, transporta grandes cantidades de
sedimentos (Figura 4).
Figura 4. Representación esquemática del proceso de sedimentación
Fuente: Gijsbertsen, 2007 (4)
El tamaño de los sedimentos transportados
depende de la velocidad de flujo de río y el
material que existe en las riberas. Dado que la
mayor parte de los terrenos no tienen
vegetación al inicio de la temporada de lluvias,
los suelos están mal protegidos contra la erosión
Carga de lecho
Arena
Carga suspendida
Limo

6. Presas Subálveas
6
del suelo, lo que resulta en una alta cantidad de
limo y arena transportada por el agua (4).
La presa subálvea reduce la velocidad de flujo
del río a cierta distancia aguas arriba de la
estructura, lo cual ocasionará una mayor
sedimentación. Los materiales que se
encuentran en el lecho del río, antes de la
construcción, son una buena referencia del tipo
de sedimento que será retenido por la presa
subálvea. Estos sedimentos forman una cresta
comparable a la formación de un delta y aguas
arriba del delta, la velocidad del flujo es mayor y
los sedimentos de mayor tamaño son
transportados (9).
Sin embargo, el río también transporta
materiales más finos, como limo y arcilla que
tienen una velocidad de sedimentación menor
en comparación con la arena. En gran parte
permanecen en suspensión y son transportados
a través de la presa. Los sedimentos finos
pueden dar como resultado una capa de limo
directamente aguas arriba de la presa subálvea.
Después de un evento de precipitación, el flujo
base dominará la descarga del río y los
sedimentos mayor tamaño ya no pueden ser
transportados y se depositan debido a las bajas
velocidades de flujo (Figura 5).
Figura 5. Presa subálvea a base de mampostería
de piedra
Fuente: RAIN, 2007 (9)
En las partes aguas arriba de una cuenca de
captación, se recomienda que las presas
subálveas se construyan en etapas, ya que la
disponibilidad de material grueso es
generalmente limitada y el flujo base es
pequeño o inexistente.
Agua subterránea
El acuífero se recarga de agua durante la
temporada de lluvias, como resultado de la
escorrentía superficial, lateral y/o en el
lecho. Por lo general, después de uno o dos
eventos de lluvia de gran magnitud, el agua
empieza a fluir como lo hace en la ausencia de
la presa. Sin embargo, la cortina de la presa
subálvea obstruye el flujo de agua subterránea a
través del lecho del río, propiciando un
almacenamiento adicional de agua subterránea
para la comunidad (1).
El material aluvial de los cauces (arenas, gravas
y fragmentos de rocas), en sus espacios
porosos permite la acumulación y circulación de

7. Presas Subálveas
7
agua suficiente para ser extraída con relativa
facilidad.
La cantidad de agua que pueda almacenar una
presa subálvea a lo largo del cauce, depende de
la topografía del reservorio subterráneo. El
rendimiento o caudal está definido por la
porosidad efectiva del aluvión así como de las
aportaciones de flujos superficiales y laterales.
Esta obra almacena el flujo subsuperficial en los
poros del aluvión y en las fisuras del lecho
geológico. Para garantizar un mayor
almacenamiento y espesor del aluvión, en su
localización se buscarán aquellos tramos de
cauce que presenten procesos de acumulación
de partículas gruesas.
Así mismo, la capacidad del reservorio puede
incrementarse con una elevación de la cortina
sobre la rasante del cauce, que permita
interceptar materiales de arrastre (Figura 6).
Figura 6. Presa subálvea con intercepción de
arenas
Fuente: Borst y Haas, 2006 (1)
Durante la estación seca, los niveles de agua se
reducirán debido a la extracción de agua,
evaporación, fugas alrededor de la cortina e
infiltración de fondo dentro del lecho rocoso (9).
En las zonas de depósito de arenas, la
aportación subsuperficial (flujo base) de las
orillas del cauce mermará y parcialmente
recargará el acuífero en el lecho del río.
Cuando la presa se construye bajo las
condiciones apropiadas, en secciones con un
volumen importante de almacenamiento y lento
agotamiento el río proporciona agua durante la
época de estiaje. De lo contrario, el cauce
usualmente se seca mucho antes del comienzo
de las nuevas lluvias.
Extracción de agua
Para aprovechar el agua almacenada en una
presa subálvea, es necesaria la construcción de
obras complementarias, como las cajas de
captación o colectoras, las galerías filtrantes (en
mampostería o tubería ranurada) y las norias
(Figura 7).
Figura 7. Galería filtrante con tubos ranurados
Fuente: Imagen propia
Para mejorar la distribución y aprovechamiento
del agua entre los usuarios, se recomienda la
construcción de tanques de amortiguamiento u
ollas de agua que regulen las aportaciones en
función de la recarga del aluvión y las demandas
de los usuarios.
Extracción por gravedad

8. Presas Subálveas
8
Es práctica común construir la caja de captación
dentro de la presa subálvea, que funcione como
captación y eventualmente como tanque de
amortiguamiento. Esta caja de captación se
alimenta con uno o varios tubos colectores de
PVC o Fo. Go. ranurados, los cuales además de
permitir la entrada de agua almacenada en el
aluvión, permite su filtrado (Figura 8 y Figura 9).
Otra opción es la construcción de una caja de
captación fuera del cauce, que concentre los
escurrimientos colectados por el tubo ranurado
tipo dren.
Esta caja, además de colectar el agua
almacenada en la presa subálvea, permite la
conducción a un tanque de amortiguamiento o
de regulación.
Figura 8. Vista frontal aguas abajo caja de captación
Fuente: Imagen propia
Figura 9. Presa subálvea con caja de captación y
galería de tubo ademado
Fuente: Imagen propia
La tubería perforada o ranurada tipo dren,
deberá estar completamente cubierta con
material de filtro y geo-membrana, para
garantizar un adecuado rendimiento y evitar la
entrada de arena y limo.
En caso de un filtro tipo zanja, el relleno se
realizará con el material proveniente de la
excavación y se sellará la superficie para
minimizar la contaminación del agua por
infiltración de las aguas superficiales (Figura
10).
Figura 10. Tubería con ademe para galería
filtrante
Filtro
Vertedor
Alero
Tanque de almacenamiento
Tubo colector
Material del río
Filtrante fino
Filtrante grueso
Arena
Tubería perforada
Capa impermeable
Nivel del agua

9. Presas Subálveas
9
Fuente: Imagen propia
Normalmente, los diámetros de los drenes son
mayores a 200 mm (para minimizar
taponamiento de la tubería), con pendientes que
fluctúan entre uno y cinco al millar.
Extracción por bombeo
Para evitar la contaminación del agua,
principalmente por las actividades de pastoreo
en el lecho del cauce, se recomienda un pozo
cubierto y situado fuera del cauce, entre 3 y 10
metros aguas arriba de la presa subálvea (3)
(Figura 11).
Figura 11. Norias en presas subálveas aguas arriba a) subterránea y b) con captación de aluvión
Fuente: Foster, 2004 (3)
El revestimiento del pozo de preferencia no
debe tener aberturas a poca profundidad. Es
importante que el pozo tenga un brocal de 0.5 a
1.0 m por encima de la superficie del lecho del
cauce, para protegerlo contra la sedimentación y
que sea de tipo hidrodinámico para soportar el
empuje hidrostático provocado por una avenida
extraordinaria. La parte superior debe estar
cubierta con una losa de hormigón para evitar la
contaminación y la proliferación de mosquitos.
La extracción en este tipo de pozos suele
realizarse con una bomba de pistón, soga o
sumergible (9) (Figura 12).
Figura 12. Bomba de pistón para la extracción
manual de agua
Fuente: https://thewaterproject.org
Construcción
Selección de sitios potenciales
La selección del sitio es el primer paso y el más
importante en la construcción de una presa

10. Presas Subálveas
10
subálvea. Lo acertado en la selección del sitio
determinará una adecuada captación de los
escurrimientos subsuperficiales. En esta etapa
es necesario conocer las características del
material geológico de la cuenca, ya que
determina la textura del material transportado
por el flujo superficial. Así, rocas como el granito
o las rocas ígneas extrusivas, principalmente del
periodo terciario y rocas calizas, producen
generalmente sedimentos de texturas más
gruesas.
Los mejores sitios corresponden a cauces
arenosos, con una pendiente entre el 2 y 4 por
ciento, y presencia de roca madre o subsuelo
impermeable y compactado que permitan
retener los escurrimientos subsuperficiales
(Figura 13). Para este trabajo se puede hacer
uso de las fotografías aéreas e imágenes de
satélite para su ubicación y corroboración en
campo posteriormente.
Figura 13. Presa subálvea en cauce arenoso
intermitente
Fuente: http://www.excellentdevelopment.com
Las cartas edafológicas pueden orientar sobre el
potencial de una cuenca. Así, suelos de texturas
gruesas son los más adecuados, como
regosoles, acrisoles, feozem, o cambisoles. Se
deben evitar sitios de texturas arcillosas como
las existentes en luvisoles o vertisoles.
Selección de los cauces posibles
El resultado del estudio en gabinete, permite
identificar los tramos de cauce potenciales para
la construcción de diques subálveos. Para
ajustar esta selección, en visitas de campo se
identificará la profundidad del nivel freático, la
calidad del agua, la textura de material de
arrastre, el ancho del cauce (máximo de 25 m),
la profundidad de la capa impermeable (roca
madre), la disponibilidad de materiales de
construcción, el acceso al sitio, el tipo de
vegetación riparia, la presencia de manantiales y
la tenencia de la tierra (Figura 14).
Figura 14. Selección del sitio de construcción de
la presa subálvea
Fuente: http://mccdodoma.blogspot.mx
Localización de la presa subálvea
Después de haber recopilado la información
indicada anteriormente, en las partes de la
cuenca más prometedoras se procede a
identificar la permeabilidad del lecho del río,
hacer un levantamiento de la sección transversal
y vaso, de la huella máxima de los
escurrimientos, de la pendiente del cauce y del

11. Presas Subálveas
11
índice de porosidad de las arena. Estos estudios
permitirán cuantificar el volumen inicial de arena
y a la capacidad de almacenamiento de la obra.
El perfil longitudinal del cauce permite ubicar los
sitios potenciales donde se puede establecer
una presa subálvea, los lugares con arena
profunda almacenan más agua, mientras que el
perfil transversal sirve para estimar los
volúmenes de construcción de la presa (Figura
15 y Figura 16).
Figura 15. Perfil longitudinal de la sección del río
Fuente: RAIN, 2007 (9)
Figura 16. Perfil transversal resultado del sondeo
Fuente: RAIN, 2007 (9)
Construcción de la cortina
Los cuerpos de las presas subálveas son
generalmente delgados y su método de
construcción debe garantizar la continuidad y lo
hermetico del dique. Los tipos de materiales
necesarios para la construcción de una presa
dependerán de las características del lugar
seleccionado. Entre los materiales de
construcción instalados en zanjas abiertas,
destacan las arcillas, plástico, concreto, o
mampostería de mortero (8).
Cortina de mampostería en piedra
Margen izquierda
Margen derecha
Flujo
0
+2
-2
-4
-6
5 0101520253035404550556065707580859095100
0
1
2
3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Nivel del cauce
Suelo consolidado

12. Presas Subálveas
12
El dique construido con piedra braza, permite
sobre elevar la presa por encima del lecho del
cauce (Figura 17).
Los materiales de construcción de albañilería de
una presa subálvea se presentan a continuación
y si la piedra y la arena están disponibles a nivel
local, se reducirán los costos y su transporte.
a. Colchón hidráulico
• Mortero 1:3.
• Piedra braza.
b. Cuerpo de la presa
• 1:4 mortero con piedras bien entrelazadas,
cemento:arena:piedra = 1:4:1.5.
• Aguas arriba de la pared y la parte superior
de la presa repellado con mortero 1:3 (3.0
cm de espesor).
c. Cimentación
• 1:3 mortero de base (10.0 cm de espesor).
• 1:4 mortero con piedras bien entrelazadas,
cemento:arena:piedra = 1:4:1.5.
• Acero de refuerzo (en ambos sentidos @ 40
cm de separación).
Figura 17. Sección transversal de una presa subálvea
Fuente: RAIN, 2007 (9)
Cortina en concreto ciclópeo
La cortina se desplantará en una plantilla de
concreto pobre f'c = 100 kg cm-2
de 5 cm de
espesor. Posteriormente el cuerpo de la cortina
se elabora con concreto ciclópeo (Figura 18), el
cual estará constituido por un 60 % en volumen
de concreto simple con una resistencia de 200
kg cm-2
(mezcla 1:2:3) a los 28 días y un 40 %
en volumen de piedra o rajón con tamaños
máximos de 30 cm en el eje mayor de la piedra
y de 10 cm en el eje menor de la misma,
distanciadas como mínimo 5 cm unas de otras.
Profundidad de basamento
Cimentación
Lecho del rioColchón hidráulico
Presa
Dirección de flujo
Nivel de arena después
de la construcción
Lecho del rio

13. Presas Subálveas
13
Figura 18. Construcción de presa subálvea en
concreto ciclópeo
Fuente: http://www.utoonidevelopment.org
El concreto tendrá un revenimiento del orden de
10 cm y tamaño máximo de agregado de 1 ½”.
El vaciado de concreto base deberá realizarse
en forma continua y vibrado, en capas de 45 cm
de altura.
La roca incorporada presentará salientes del
orden de los 15 a 20 cm, con objeto de
proporcionar una correcta adherencia con la
capa subsecuente. La superficie del concreto al
concluirse cada colado, debe protegerse para
evitar que el concreto pierda humedad,
manteniendo mojada la superficie hasta recibir
el colado de la capa subsecuente.
Las piedras, cantos o rajones serán pétreos
explotados en río o en cantera. Las rocas que se
empleen deberán presentar superficies limpias y
humedecidas, debiendo ser sanas y por lo tanto,
deberán eliminarse los fragmentos que
demuestren intemperización.
Otros materiales para el dique
En cortinas de geomembrana, se procurarán
espesores de 1.0 a 1.5 mm para que resistan las
tensiones durante la instalación y el relleno de
arcilla compactado, aguas arriba de la cortina
(Figura 19). Para pequeñas estructuras
excavadas a mano, suelen construirse de hasta
3 m de profundidad. En cauces con depósitos
aluviales profundos, se usan excavadoras
mecánicas y geomembrana hasta 10 m de
profundidad.
Otra técnica para construir una barrera o
pantalla impermeable, consiste en la inyección
de fluidos cementantes a presión (grouting o
lechada) en el terreno. Estos fluidos se
desplazan por el terreno solidificándolo y
reduciendo así su conductividad hidráulica
(Figura 20).
Figura 19. Impermeabilización de muro con
geomembrana
Fuente: http://geomembranasgeoproductos.blogspot.mx

14. Presas Subálveas
14
Figura 20. Método de inyección con lechada de
cemento en el terreno
Fuente: https://www.pinterest.com.mx y http://www.tectonica-
online.com
La distancia hasta la cual puede desplazarse el
fluido que se inyectó, varía en función de la
naturaleza del medio y del propio fluido, siendo
la distancia relativamente pequeña, lo que hace
que los pozos de inyección se sitúen muy cerca
unos de otros, no más de 1.5 m. Generalmente
se sitúan siguiendo el diseño de “tres bolillo”
para obtener mejores resultados.
Excavación de la zanja
Para la construcción de una presa subálvea se
requiere de un aluvión que sea fácil de excavar.
Para evitar filtraciones por debajo de la cortina
subálvea, la zanja se profundizará hasta la capa
impermeable. El suelo excavado se debe
colocar aguas abajo de la ubicación de la zanja
para no sellar el acuífero. Si la presa está
construida en material de roca firme, la zanja
debe ser cortada en la roca para asegurar la
unión entre la piedra y el mortero. Se deben
evitar fracturas o fragmentos meteorizados en la
roca basal (6) (Figura 21).
Figura 21. Excavación de la zanja
Fuente: http://www.excellentdevelopment.com
Diseño
El diseño de la presa subálvea considera la
altura de la presa, la capacidad del vertedor, la
longitud de alerones y del colchón hidráulico.
Vertedor
Al determinar la altura y longitud del vertedor de
la presa, es muy importante que el nivel de
inundación máxima determinado por el caudal
de diseño, se mantenga por debajo de las
riberas del cauce, con el objetivo de evitar
desbordamientos e inundaciones en áreas de
interés para la población (Figura 22).

15. Presas Subálveas
15
Figura 22. Alturas de presas de almacenamiento
de arena: qué hacer y qué no hacer
Fuente: RAIN, 2007 (9)
Para el dimensionamiento de la estructura
vertedora, es necesario definir la avenida
máxima de diseño (generalmente para un
periodo de retorno de 10 años); se pueden los
métodos Racional, Ven Te Chow o Hidrograma
Triangular para su determinación, dependiendo
de los datos con los que se cuente.
Conocido el caudal de diseño, se utiliza la
siguiente fórmula para determinar las
dimensiones del vertedor:
Q = C * Ls
* H3/2
…………………………………..(1)
En donde:
Q = Caudal máximo en la sección cauce (m3
s-
1
).
C = 1.9 (constante que depende de la forma del
vertedor de cresta ancha).
Ls = Longitud del vertedor (m).
H = Altura del vertedor (m).
Se recomienda comparar el dato obtenido con el
tercio de la longitud de la corona. Las
dimensiones de importancia del cuerpo de una
presa subálvea y cause se muestran en la
Figura 23.
Figura 23. Sección transversal de un cuerpo de la
presa subálvea y sus dimensiones
Fuente: RAIN, 2007 (9)
En donde:
Gf = Libre bordo.
Lw = Longitud de alerón.
Hf = Carga sobre el vertedor.
Lwe = Longitud de la extensión del alerón.
Hd = Altura total de la presa.
Ls = Longitud del vertedor.
Hs = Altura al vertedor.
Para la longitud de alerón (Lwe) se considera lo
siguiente (6):
• En riberas de los ríos con materiales ligeros,
aproximadamente 7.0 m más allá de la orillas
del cauce.
• En suelos pesados, aproximadamente 5.0 m
más allá de la orilla del cauce.
• En tierra dura e impermeable,
aproximadamente 0.0-1.0 m más allá de la
orillas del cauce.
• En roca, no hay necesidad de construir
alerón.
Altura de la presa
Altura de la presa
Nivel del cauce
Nivel del cauce
Nuevo nivel máximo de inundación después de la construcción de la presa
Nuevo nivel máximo de inundación después de la construcción de la presa
Ls
HfGf
Hd
Hs
Lwe Lw Ancho del cauce del río
Nivel del cauce antes
de la construcción
Orilla del ríoOrilla del río

16. Presas Subálveas
16
La longitud de la pared del ala (Lw) a partir de la
rivera de un cauce, debe ser de 2.0 a 5.0 m en
materiales sueltos.
Las dimensiones del colchón hidráulico se
determinan con la siguiente ecuación:
SL = C * L1/3
*
H2
1/2
……………………………….(2)
En donde:
SL = Longitud del colchón hidráulico (m).
C = 0.96 (constante).
H2 = Altura de caída libre (m) y la altura del nivel
del agua aguas arriba y aguas abajo de la altura
del nivel de agua.
En la Figura 24 se muestran las dimensiones de
la sección transversal de una presa subálvea.
En donde:
Hd = Altura de la presa.
Fh = Altura de la cimentación.
Fl = Ancho de la cimentación.
Lt = Longitud de la corona.
Lb = Longitud de la base de la presa.
Sl = Longitud del colchón hidráulico.
Sh = Altura del colchón hidráulico (máximo
de 0.3 m).
Ah = Altura del ancla (0.3 m).
Al = Longitud de anclaje.
Volumen de almacenamiento
Para el caso de la presa subálvea, es necesario
realizar una gráfica de áreas capacidades de la
cota del vertedor hacia la capa impermeable
(Figura 25).
Figura 24. Perfil de la sección transversal del cuerpo de la presa subálvea y sus dimensiones
Fuente: RAIN, 2007 (9)
Lecho del río
Basamento Profundidad de basamento
Lecho del río
VertedorDirección del flujo
Hd
Fh
Fl
Lb Sl
Al
Sh
Ah
Lt

17. Presas Subálveas
17
Figura 25. Gráfica áreas capacidades del lecho
del cauce
Fuente: Imagen propia
Este volumen de los sedimentos arenosos, a la
altura del vertedor, permite cuantificar el
volumen inicial del aluvión y la capacidad
adicional de sedimentos por acarreo (Figura 26).
Figura 26. Sección transversal de la boquilla
Fuente: Imagen propia
Este volumen potencial de sedimentos asociado
a su capacidad de drenado, permite cuantificar
el volumen de agua útil a saturación.
Para determinar de forma sencilla la capacidad
de drenado o extracción de agua del aluvión, se
recomienda llenar con aluvión seco del lecho del
río, un recipiente de 20 litros con un tapón en la
parte inferior. Lentamente se satura el material
con un volumen medido de agua y entonces se
quita el tapón de la parte inferior del recipiente.
El volumen de agua que se haya drenado de la
arena dentro de una hora, se toma como una
medida para la extracción.
El Cuadro 1 muestra los valores de extracción
de agua en diferentes suelos, en donde se
observa que la posibilidad de extracción de
arena es la más alta (7). La arena gruesa por lo
tanto, es preferible como material del acuífero
para la construcción de la presa subálvea.
Cuadro 1. Fracciones de arena, la saturación y
las tasas de extracción
Característica
/
Textura
Limo
Arena
Fina
Arena
Media
Arena
Gruesa
Dimensiones
(mm)
< 0.5 0.5 – 1.0 1.0 – 1.5 1.5 – 5.0
Saturación 38 % 40 % 41 % 45 %
Extracción
de
Agua
5 % 19 % 25 % 35 %
Fuente: Nissen-Petersen, 2006
Rendimiento de agua
En el caso de una presa subálvea, la
determinación del volumen de agua extraíble no
es sencilla, ya que la cantidad total de agua
aprovechable no es solamente el agua que se
puede almacenar en el aluvión del río, sino que
además han de considerarse las aportaciones
de flujo lateral de las riveras que en parte
compensan las pérdidas de agua por fugas,
evaporación y extracción (1).
Gasto unitario
Para determinar el gasto unitario que la presa
subálvea puede aportar, es necesario tener
conocimiento de los siguientes parámetros:
conductividad hidráulica o permeabilidad,
profundidad del vaso de almacenamiento,
transmisividad, espesor dinámico del acuífero en
el punto de observación, espesor dinámico del
acuífero en la presa subálvea, pendiente
dinámica del acuífero, radio de influencia del
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00
2,078
2,079
2,080
2,081
2,082
2,083
2,084
2,085
2,086
2,087
2,088
2,089
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00
VOLUMEN (Millares m3)
ELEVACIONES (m)
AREAS (ha)
GRÁFICA ÁREAS - CAPACIDADES
Area
Volumen
Área de materiales arenosos
Área de almacenamiento de escurrimientos
Capa impermeable

18. Presas Subálveas
18
abatimiento y distancia entre la presa subálvea y
el punto de recarga.
El caudal de explotación de la presa subálvea
puede ser expresado como caudal unitario por
longitud de dren q (m3
s-1
m-1
) o caudal unitario
por área superficial q’ (m3
s-1
m-2
).
La fórmula presentada por Darcy hizo posible el
tratamiento matemático del movimiento del agua
subterránea. Dupuit fue el primero en aplicar
este tipo de análisis a la hidráulica de pozos,
asumiendo la existencia de una isla circular
asentada en una formación de características
homogéneas y en cuyo centro se ubica el pozo
(2).
La fórmula de Dupuit representa el cálculo
clásico del gasto de una presa subálvea. Los
supuestos básicos son:
• Flujo simétrico hacia una zanja que llega
hasta la capa impermeable, es decir, que
corta el acuífero hasta el fondo del mismo.
• Las líneas de flujo son horizontales con
equipotenciales verticales.
• La pendiente de la superficie impermeable
que define la parte inferior del acuífero, es
pequeña en el área cercana a la zona de
captación.
Las presas que comprometen la parte superior
del acuífero, consideran que la ubicación del
dren (por debajo del nivel natural del nivel
freático), en relación con el espesor del acuífero,
es pequeña. Es decir, la relación profundidad al
estrato impermeable (b) contra la profundidad al
dren (z) es mayor a 10:
!
!
> 10…………..…………………………………(3)
Para acuíferos con escurrimiento propio, la
ecuación general para la obtención del gasto
que gobierna este tipo de presas se presenta a
continuación (Figura 27):
𝑞 =
!∗!"∗!
!"(
!
!
)
……………...………………………….(4)
En donde:
q = Caudal unitario por longitud de dren (m3
s-1
m-1
).
kf = Conductividad hidráulica (m s-1
).
s = Abatimiento del nivel freático a la altura de la
galería (m).
R = Radio de influencia (m).
r = Radio del dren (m).
Para obtener el radio de influencia (R):
𝑅 =
!∗!
(!∗!")
!.!
!
………………………………………(5)
Donde i es la pendiente dinámica del acuífero
(m m-1
).
Reemplazando “R” en la ecuación de “q” se
tiene:
𝑞 =
!∗!"∗!
!"
!∗!
!∗!"
!.!
!∗!
………………………………………(6)

19. Presas Subálveas
19
Figura 27. Presa que compromete la parte
superior del acuífero con escurrimiento propio
Fuente: CPISCA, 2002 (2)
La ecuación final se resuelve por
aproximaciones sucesivas. El caudal máximo,
que puede ser extraído, se obtiene cuando el
cono de abatimiento del nivel freático (s),
alcanza la parte superior del dren entubado.
Para resolver dicha ecuación se recomienda el
siguiente procedimiento:
• El largo de la presa, la profundidad, la
conductividad hidráulica (Kf), la pendiente del
acuífero (i) y el abatimiento del nivel freático
a la altura de la galería (s), son valores
conocidos (5) (Cuadro 2).
• Al resolver por aproximaciones sucesivas, se
va proponiendo “q” y se compara con el “q”
calculado, hasta que la diferencia entre
ambos sea mínima.
Cuadro 2. Valores típicos de conductividad
hidráulica
Grado de
permeabilidad
Conductividad hidráulica
(cm s
-1
)
Elevada Superior a 10
-1
Media 10
-1
a 10
-3
Baja 10
-3
a 10
-5
Muy baja 10
-5
a 10
-7
Prácticamente
impermeable
Menor de 10
-7
Fuente: Whitlow, 1994 (10)
La ecuación de Hooghoudt fue desarrollada para
el cálculo de drenes paralelos y permite
determinar el caudal específico por área
superficial y expresa el caudal unitario por área
superficial (5) (Figura 28).
Figura 28. Presa con drenes paralelos que
comprometen la parte superior del acuífero
Fuente: CPISCA, 2002 (2)
𝑞,
=
!∗!"!"#$%∗!∗!!!∗!"!""#$%∗!!
!!
! ……………………(7)
A su vez:
𝑑 =
!"
!∗(!!!!")
…...…………………………………(8)
𝐹ℎ =
(!!!!"∗ !)!
!∗!"∗!!
……………………….…..…….(9)
𝐹𝑟 = 𝐿𝑛
!"
!∗!
!
………………………..……………(10)
En donde:
q' = Caudal unitario por área superficial (m3
s-1
m-2
).
KfArriba = Conductividad hidráulica por encima del
nivel del dren (m s-1
).
KfAbajo = Conductividad hidráulica por debajo del
nivel del dren (m s-1
).
d = Profundidad equivalente (m).

20. Presas Subálveas
20
s = Abatimiento del nivel freático a la altura de la
galería (m).
Dd = Separación entre drenes (m).
Hd = Espesor dinámico del acuífero en la galería
(m).
r = Radio del dren (m).
Para relaciones de Dd/Hd menores a 3.18, la
deducción de los valores de Fh y Fr se debe
calcular para una profundidad Hd igual a
Dd/3.18. El caudal total de drenaje es igual al
área definida por el espaciamiento entre drenes
y la longitud del mismo.
Demanda de agua
La estimación de las demandas de agua se
requiere para dimensionar el tanque de
amortiguamiento. Las presas subálveas
generalmente producen caudales limitados, por
lo que el diámetro de la línea de conducción,
que alimenta el tanque de amortiguamiento, está
definido principalmente por la capacidad de
aporte del aluvión.
Un buen diseño del tanque de amortiguación
deberá considerar un balance de masas entre el
rendimiento del aluvión y las demandas de la
localidad (uso humano, consumo agrícola y
pecuario).
Bibliografía
1. Borst L. y Haas S. A. 2006. Hydrology of
sand storage dams: A case study in the
Kiindu catchment, Kituï District, Kenya.
Master thesis, Vrije University, Amsterdam.
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Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CPISCA).
2002. Manual de diseño de galerías
filtrantes. Unidad de apoyo técnico para el
saneamiento básico del área rural.
OPS/CEPIS/02.61 UNATSABAR. Lima, Perú.
3. Foster S. 2004. Brasil, Kenia: Presas
subsuperficiales para aumentar el
almacenamiento de agua subterránea en
terrenos con basamento para la subsistencia
humana. Colección de casos esquemáticos:
Caso 5. Banco Mundial, Washington, D.C.,
E.U.A.
4. Gijsbertsen C. 2007. A study to upscaling of
the principle and sediment transport
processes behind sand storage dams, Kituï
District, Kenya. Vrije Universiteit, Amsterdam.
5. Johnson Division University of Phoenix.
1975. El agua subterránea y los pozos.
6. Munyao J.N., Munywoki J.M., Kitema M.I.,
Kithuku D.N., Munguti J.M., Mutiso S. 2004.
Kituï sand dams: Construction and operation,
SASOL Foundation.
7. Nissen-Petersen E. 2006. Water from dry
riverbeds, Danish international development
assistance (Danida).
8. Pelegrín G. 2005. Presa subálvea de la
Fuente del Oro en Lorca. Confederación
Hidrográfica del Segura. Murcia, España.
9. Rainwater Harvesting Implementation
Network (RAIN). 2007. A practical guide to
sand dam implementation. Amsterdam, The
Netheriands.
10.Whitlow R. 1994. Fundamentos de mecánica
de suelos. San Juan Tlihuaca. México.
Compañía Editorial Continental, S.A. de C.V.

21. Presas Subálveas
21
“PRESAS SUBÁLVEAS”
Segunda Edición
México, Noviembre 2017
Secretaría de Agricultura,
Ganadería, Desarrollo Rural,
Pesca y Alimentación
Subsecretaría de Desarrollo Rural,
Dirección General de Producción
Rural
Sustentable en Zonas Prioritarias
Responsables de la Ficha
Dr. Demetrio S. Fernández Reynoso
(demetrio@colpos.mx)
M.C. Osiel López Velasco
(ossiel.lv@gmail.com)
Colegio de Postgraduados
Carretera México-Texcoco, km 36.5
Montecillo, Edo. de México 56230
Tel. 01 (595) 95 2 02 00 (ext. 1213)