Que Es La Bocatoma

 

La Bocatoma 1. ¿QUE ES LA BOCATOMA? Las obras de toma o bocatomas son las estructuras hidráulicas construidas sobre un río o canal con el objeto de captar, es decir extraer, una parte o la totalidad del caudal de la corriente principa principal.l. Las bocatoma bocatomass suelen caracterizarse principalmente po porr el Caudal de Captación, el que se define como el gasto máximo que una obra de toma puede admitir. Así por ejemplo, el caudal de captación de la bocatoma Los Ejidos, sobre el río Piura, Proyecto Chira-Piura, es de 60 m/s. El tema de las bocatomas es siempre actual. En el Perú hay en operación un gran número de obras de toma para aprovechamiento hidráulico. El diseño de estas estructuras es casi siempre difícil y debe recurrirse tanto a métodos analíticos como a la investigación en modelos hidráulicos. La observación y análisis del comportamiento de las obras de toma en funcionamiento funcionamiento es muy impor importante. tante. Los problemas que se presentan en una bocatoma son mucho más difíciles cuando se capta agua desde un río que cuando se hace desde un cauce artificial (canal). Es al primer caso al que nos referiremos principalmen principalmente te de acá en adelante. Es necesario tener presente que que la bocatoma es un unaa estructura muy import importante ante para el éxito de un proyecto. Si por una razón u otra se produce una falla importante en la obra de toma, esto significaría la posibilidad del fracaso de todo el Proyecto de Aprovechamiento Hidráulico. Hidráulico. En consecuencia, tanto el diseño como la cons construcción, trucción, la operación y el mantenimiento de una obra de toma debe deben n ofrecer el máximo de seguridad. El diseño de una obra de toma puede ser un problema muy difícil, en el que debe preverse la interacción estructura-naturaleza. La obra de toma, cualquiera que sea su ti tipo, po, es un elemento extraño en contacto con el agua. Es decir, que la estructura va a producir inevitablemente alteraciones en el medio natural circundante y, a la vez, la naturaleza va a reaccionar contra la obra. Esta interacción que se presenta al construir la obra, y en el futuro al operarla, deb debee ser prevista y contrarresta contrarrestada da oportuna y debidament debidamente. e. La estabilidad y la vida de una bocatoma están asociadas al concepto de Avenida de Diseño.

Tradicionalmente se ha usado el concepto de Avenida de Diseño para designar el máximo caudal del río río que una bocatom bocatomaa puede dejar pasar sin sufrir da daños ños que la

 

afecten estructuralmente. Más adelante se ampliará esta definición de acuerdo a la experiencia de las últimas décadas. 2. PARTES DE LA BOCATOMA:    

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Compuerta de control y cierre de la compuerta. Dispositivo para medir los niveles, aguas arriba y aguas abajo de la compuerta de control. Estos pueden ser simples reglas graduadas o pueden contar con medidores continuos de nivel y trasmisores de la información al centro de operación, el que puede contar con mecanismos para operar a distancia la compuerta.

Si se encuentran en ríos y arroyos, generalmente constan también de: Un vertedero para fijar la sección del curso de agua, tanto planimétricamente, como en cota, evitando de esta forma la migración del curso de agua en ese punto y su socavación, lo que podría dejar la bocatoma inoperante.   Un Un canal  canal de limpieza, provisto de compuertas, para permitir el desarenamiento de la aproximación a la bocatoma. desarenador,   para   Frecuentemente se completa la bocatoma con una reja y un desarenador, evitar que el transporte sólido sedimente en el canal dificultando los trabajos de mantenimiento del mismo.

 

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3. CLASIFICACION DE LAS BOCATOMAS A.  A.  BOCATOMAS DIRECTAS: son posibles de diseñar en cursos de agua de fuerte pendiente, y cuando no se quiere tener una estructura costosa, tienen el inconveniente de que el lecho del rio puede variar y dejar la toma sin agua , igualmente en las épocas de estiaje al disminuir el tirante de agua en el rio puede disminuir considerablemente el ingreso de agua en la toma. B.  BOCATOMAS CON BARRAJES: son las más empleadas ya que aseguran una alimentación más regular, conservan un nivel constante en la captación que permite dominar una mayor área regable. Estas tomas pueden presentar tres variantes: La toma con barraje fijo, la toma con barraje móvil y la toma con barraje mixto.

B.1. BOCATOMAS DE BARRAJE FIJO

  Las bocatomas de barraje fijo son aquellas que tienen una presa solida, para levantar el tirante frente a las compuertas de captación.

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  Esta solución es posible cuando el régimen del rio es uniforme y la capacidad de captación de la toma es menor que la descarga promedio del rio, por lo que no es necesario ninguna regulación, ya que el exceso de agua pasara encima de la presa.

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  Igualmente es aconsejable este tipo de bocatomas cuando el rio tiene un transporte de sólidos o una capacidad de transporte apreciable.

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  Con el objeto de proteger las riveras aguas arriba y aguas debajo de la presa se diseñan muros de encausamiento y protección.

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B.2 BOCATOMAS DE BARRAJE MOVIL

  En este tipo de barraje se consigue la retención del caudal y elevación del tirante mediante el cierre del curso del rio por un sistema de compuertas sostenidas sostenidas en un conjunto de pilares y adosadas en sus extremos a los muros de contención.

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  Es conveniente esta solución cuando el caudal de la captación es igual o mayor de la descarga promedio del rio o cuando la velocidad de flujo no es alta debido a la

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pequeña pendiente del curso del rio. Como consecuencia el transporte de sólidos es pequeño y no afecta mayormente al sistema de compuertas.   En la época de avenidas la toma trabaja con las compuertas abiertas o parcialmente cerradas, de ninguna manera el barraje móvil debe ser un obstáculo para el paso del agua; ya que la obstrucción podría causar remansamientos desfavorables y en otros casos desbordamientos, por lo que la altura de los pilares y la abertura de compuertas debe calcularse para las máximas descargas.

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B.3. BOCATOMAS DE BARRAJE MIXTO

  Tienen una parte de la presa integrada por una estructura solida (Barraje fijo) y

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una parte integrada por compuertas sustentadas en pilares (Barraje móvil). La parte móvil tiene en ciertos casos muros guías o separadores del barraje fijo que forma un canal denominado de limpia y un segundo canal separado por un vertedero de rebose lateral que sirve para eliminar las gravas llamado también desempedradores. una fuerte pendiente y al extremo del mismo se ins instalan talan   El desempedrador tiene una compuertas para la eliminación de los materiales gruesos.

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  Este tipo de bocatoma se adapta mejor al régimen variable de los ríos de la costa peruana, ya que en la época de estiaje trabajan únicamente con la regulación que se efectúa con el barraje móvil, mediante el cierre o la apertura de las compuertas

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mientras que en la época de crecidas trabajan con las compuertas de limpia abiertas y el paso libre del flujo encima del barraje fijo. C.  C.  BOCATOMAS DE CAPTACIÓN LATERAL La bocatoma lateral es una obra de captación superficial y es la más empleada cuando se trata de captar el agua de un río. Es a este tipo de bocatoma al que dedicamos la mayor parte de esta exposición. La forma más simple de concebir una captación lateral es como una bifurcación. En primer lugar conviene presentar una breve descripción de los elementos constituyentes m más ás frecuentes de una bocatoma de capta captación ción lateral, los que podrían clasificarse de la siguiente manera: Elementos de encauzamiento y cierre. Su objet objeto o es elevar el nivel del aagua gua pa para ra permitir su ingreso ingreso a la toma y al canal de derivación e impedir el desborde de dell río. Elementos de descarga de avenidas. Permiten el paso de las crecidas. Son órganos de seguridad. Elementos de control de sedimentos. Tienen por objeto el manejo de los sólidos. Elementos de control del ingreso de agua. Permiten regular la cantidad de agua que ingresa a la derivación. Elementos de co control ntrol de la erosió erosión. n. Permiten disminuir la erosión y la abrasión Elementos estructurales. estructurales. Son los que da dan n estab estabilidad ilidad a la obra.

Disposición típica de los principales pr incipales elementos de una bocatoma de captación lateral.

 

  Vertedero fijo o presa derivadora. El vertedero o presa derivadora es estructuralmente un azud. Es una presa vertedora. Suele llamársele barraje. Su función es la de elevar elevar el nivel del agua para alcanzar el re requerido querido por las necesidades de captación. El azud crea la carga necesaria sobre el canal de derivación para que que pueda ingresar ingresar el Caudal de Diseño. Es decir, obliga al agua a entrar a la captación. En tal sentido es una presa derivadora, derivadora, diferente a las presas presas de almacenamiento. En consecuencia, su altura sobre el lecho del río suele ser pequeña (algunos pocos metros). A su vez el azud debe permitir el paso de las grandes avenidas, avenidas, específicamente de la Avenida de D Diseño, iseño, la que como se ha dicho es el máximo caudal del río que puede soportar la estructura. El azud es, hidráulicamente, un vertedero. Se puede constru construir ir de los más diversos materiales.

 

Vertedero móvil o barraje barraje móvil. Es una estru estructura ctura compuesta por una o más compuertas que permiten el p paso aso de las avenidas de líquidos y de sólidos y además tiene la función de eliminar los sólidos que pudiesen encontrarse aguas arriba y frente a las ventanas de captación. captación. La longitud total de los vertederos fijo y móvil debe ser la necesaria para el paso de la avenida de diseño. Su proporción es variable.

Presa no vertedora. vertedora. Al igual que los ver vertederos tederos fijo y móvil es transversal a llaa corriente principal. Su función es la de cerrar el cauce, sin que el agua pase por encima de ella. Su longitud depende del ancho del río. Las ventanas de captación. captación. Constituyen la tom tomaa propiamente dicha dicha.. Se trata de uno o más vanos que permiten el ingreso del agua y que trabajan hidráulicamente, sea como vertederos o como orificios. La carga hidráulica que permite el ingreso del agua se origina como consecuencia de la altura de la presa derivadora. Las ventanas pueden tener compuertas o no y suelen llevar rejillas de protección contra el ingreso de cuerpos extraños, las que pueden estar provistas de limpiarrejas.

 

Compuertas de captación. captación. Son las que regul regulan an el ingreso de aagua gua al canal de derivación. Pueden estar ubicadas como parte de las ventanas de captación, o, si hubiese un elemento decantador ubicado inmediatamente aguas abajo de las ventanas de captación, podría podrían n estar ubicadas ubicadas más hacia aguas abajo, en el ingreso al canal. En las bocatomas pequeñas puede tratarse de una sola compuerta.

Pozas disipadoras de energía. Aguas abajo de los barrajes fijo y móvil es necesario disponer algún elemento que ayude a disipar la energía. Generalmente se disipa la energía mediante la formació formación n de un salto hidráulico, para para lo que es necesario disponer una poza. Inmediatamente aguas abajo, y como transición con el lecho fluvial, se coloca una protección de fondo a base de piedras a la que se le denomina rip-rap. Deformaciones del lecho lecho fluvial como consecuencia de la construcción de un barraje.

Muros guía. Son mur muros os separadores que suelen ubicarse entre los barrajes fijo y móvil y aguas arriba arriba de ellos. Pueden tambié también n extenderse hacia aguas abajo, abajo, separando ambas pozas disipadoras de energía.

 

Canal desripiador. desripiador. Es un pequeño ca canal nal para paralelo lelo a la corriente principal, ubicado  junto a las ventanas de captación y que es norma normall a la dirección de la corriente que ingresa a la captación. Permite la eliminación de los sólidos cuando las circunstancias hidráulicas hidráulicas y to topográficas pográficas lo permiten. Diques de encauzamiento. Se ubican aguas arriba y aguas aba abajo jo del eje de la presa de derivación, en la medida en la que las circunstancias topográficas lo requieran. Para que una bocatoma sea estable es necesario que lo sea el tramo fluvial en el que está ubicada. ubicada. De acá que en muchas op oportunidades ortunidades haya que rrealizar ealizar el encauzamiento del tramo de río en las inmediaciones inmediaciones de la obra de toma. Algunas veces los diques de encauzamiento se extienden a lo largo de varios kilómetros. Su costo puede ser importante, pero resultan absolutamente necesarios. Es necesario recordar que al construir una bocatoma se implanta un barraje o presa derivadora, cuya altura generalmente es de unos pocos metros sobre el lecho del río. Esto determina una sobre elevación de niveles hacia agua arriba, especialmente durante los los grandes cauda caudales. les. Como parte del diseño, aademás demás de los trabajos trabajos topog topográficos, ráficos, se requiere dete determinar rminar el perfil hidrá hidráulico. ulico. Si las condiciones topográficas así lo exigen habrá que considerar un encausamiento. D.  D.  BOCATOMA DE FONDO En las bocatomas de fondo la Toma está colocada en la cara de aguas debajo de la estructura de control. El caudal (Qd) que entra por la rejilla de la Toma pasa a una canaleta que la conduce a un tanque de aquietamiento. El tanque entrega al canal de aducción.

4. FUNCIONES DE LA BOCATOMA Se clasifican en función de las características del proyecto al que sirven. Es así como se tiene:  

Obras de toma para abastecimiento público

 

  El abastecimiento de agua a la población es la primera necesidad de agua que debe ser cubierta. El aprovechamiento de las aguas superficiales, en especial las de un río, constituye una de las formas más aantiguas ntiguas de uso del agua. En los tiempos antiguos las ciudades se ubicaban en las orillas d dee los ríos para poder aprovechar sus aguas fácilmente. El crecimiento de la población, la expansión urbana, el aumento de las demandas demandas y otros factores determinaro determinaron n la necesidad de construir proyectos de abastecimiento de agua para la población. Estos proyectos empiezan por una bocatoma bocatoma para capta captarr el agua de un río, o de otra fuen fuente te de agua, y conducirla luego al área urbana. Las obras de toma para abastecimiento poblacional pueden ser muy pequeñas, con un Caudal de Captación Captación de apenas unos cuantos litros por segundo, o muy grandes como la de La Atarjea, que abastece a varios millones de habitantes de la Gran Lima. Esta bocatoma, cuya función predominante es el abastecimiento poblacional, sirve también para la satisfacción de algunas necesidades industriales ubicadas en el radio urbano. urbano. Cualquiera que sea su tamaño tamaño estas obras de toma tienen gran importancia y un enorme contenido social, pues el abastecimiento de agua poblacional es insustituible.  

Obras de toma para irrigación Después del uso del abastecimiento poblacional, el otro uso importante es el riego. En el Perú, donde hay importantes zonas áridas y semiáridas, la dependencia del riego es muy grande. Al no haber lluvia útil, el aprovechamiento de las aguas superficiales ha sido desde épocas ancestrales esencial para la vida y el desarrollo de las actividades humanas. La costa peruana con sus 800 000 hectáreas cultivadas es una inmensa obra de irrigación, que no podría existir sin la presencia de cientos de bocatomas.

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Obras de toma para centrales hidroelétricas Hay muchas obras de toma cuya función es captar el agua superficial para su conducción a una central hidroeléctrica. Así, en el río Mantaro se tiene una captación de 90 m /s para ggeneración eneración de energía. Como el Perú aprovecha un porcentaje pequeñísimo de su enorme potencial hidroeléctrico, es de esperar que en el futuro se incrementen las respectivas obras hidráulicas para lograr un mayor aprovechamiento.

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Obras de toma toma para ind industria ustria y minería Numerosas industrias y minas tienen sus propias bocatomas.

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Obras de toma para uso múltiple

 

Existen también las bocatomas asociadas a un proyecto de propósito múltiple, como por ejemplo la del proyecto CHAVIMOCHIC, sobre el río Santa, cuyas finalidades son riego, generación de energía y abastecimiento poblacional. 5. PLANEAMIENTO DE OBRAS Son numerosos los problemas que se presentan en el planeamiento de las Obras de Toma, debido principalmente a la interacción estructura-naturaleza. El planeamiento es el paso previo al diseño. El planeamiento correcto es sumamente importante para el éxito del proyecto. Es difícil es establecer tablecer una metodología de planeamiento; sin embargo, se presenta a continuación algunos temas que deben tenerse en cuenta. Los temas deben tratarse mediante un proceso de aproximaciones sucesivas. El orden en el que se les presenta a continuación está determinado sólo por razones propias de la exposición. Su número puede ser bastante mayor. Como una forma de iniciación en el tema del planeamiento de una obra de toma se considera los siete temas de análisis siguientes: a.  a.  b.  b.  c. c.   d.  d.  e.  e.  f. f.   g.  g. 

Comportamiento hidrológico Aspectos de hidráulica fluvial Transporte sólido Selección del tipo de toma Micro localización de la obra de toma Geometría de la bocatoma Condiciones particulares de operación y mantenimiento.

El estudio de Hidráulica Fluvial nos permitirá conocer las características del río, que son muy variadas, variadas, su estabilida estabilidad, d, y las obras que es necesario realizar para mantenerla. El estudio de Transporte Sólido sirve para cono conocer cer la cantidad y calidad d dee los sedimentos transportados por la corriente, tanto como m material aterial de fondo como en suspensión. Es conveniente recordar que el transporte sólido es una manifestación fluvial y depende de las características del río y denolaes cuenca. una comprensión clara del comportamiento fluvial y del transporte sólido posibleSin el diseño de una bocatoma. El conocimiento de la variabilidad del transporte sólido, de las cantidades involucradas y de la granulometría son herramientas valiosas para el diseño. La selección del tipo de obra de toma tiene que hacerse a partir del hecho de que existen diferentes tipos de bocatomas. Cada uno de ellos ha sido desarrollado desarrollado para ríos de determinadas características. En este tema la consideración de los funda fundamentos mentos teóricos y de la experiencia local resultan ser insu insustituibles. stituibles. Una vez determinada la cota de derivación en la que se construirá la bocatoma, en función de las necesidades del servicio, se procede a la micro localización. Es este un pro problema blema d dee Hidrá Hidráulica ulica Fluvial en el que juegaDos un papel destacado la experiencia y los conocimientos teóricos deldeingeniero proyectista. tramos fluviales muy próximos pueden dar lugar a estructuras toma de

 

muy diferente comportamiento comportamiento sedimentológico. Así por ejemplo, en un tramo en curva la margen exterior es en general una zona con tendencia a la er erosión. osión. Allí debe buscarse el lugar más conveniente para ubicar la toma. La geometría de la obra, es decir, la disposición de los elementos, es el diseño mismo. Se debe determinar la altura de la presa derivadora, las longitudes de las partes vertedoras y fijas, el ángulo de captación, los muros guía y todos los elementos constituyentes de la obra. En todo esto d desempeña esempeña una función m muy uy import importante ante eell estudio en modelo hidráulico, el que tiene la enorme ventaja de constituir una representación tridimensional de las estructuras y de los fenómenos. Cada bocatoma tiene condiciones particulares de operación operación y mantenimiento que deben ser tomadas en cuenta en el momento del diseño. La concepción de la operación operación es inseparable del del diseño. Cada bocatoma tiene un conjunto de Reglas de Operación a las que se llega mediante un proceso de aproximaciones sucesivas.

6. CONDICIONES DE DISEÑO Son varias las condiciones generales de diseño que debe cumplir una bocatoma, cualquiera que sea su tipo o características. Entre las principales están las siguientes: a.  a.  Asegurar la derivación permanente permanente del caudal de diseño y de de los caudales menores que sean requeridos. En algún caso se admite u una na interrupción temporal del servicio. b.  b.  Proveer un sistema para para dejar pasar la Avenida de Diseño, qu quee tiene gran cantidad de sólidos y material flotante. En zonas sujetas aall Fenómeno de El Niño es mejor utilizar un Hidrograma de Diseño. c. c.   Captar el mínimo de sólidos y disponer de medios apropiados para su evacuación. Muchas veces esta es la clave del diseño eficiente.

d.  d.  Estar ubicada en un lugar que presente condiciones favorables desde el punto de vista estructural y constructivo. e.  e.  Conservar aguas abajo suficiente capacidad de transporte para evitar sedimentación.

f. f.   Tener un costo razonable

 

En el diseño de una obra de toma se requiere emplear al máximo los conocimientos. Las cinco fases correspondientes a una bocatoma son: a) Planeamiento b) Diseño c) Construcción d) Operación, y e) Mantenimiento. En ellas se requiere el uso de prácticamente todos los aspectos de la ingeniería civil, tal como se demostrará más adelante. Son varias las fuentes de conocimiento que tenemos para el diseño de una bocatoma. En primer lugar están las consideraciones teóricas presentadas en los libros de texto, artículos especializados y diferentes publicaciones e investigaciones. De todo este material se obtiene una base teórica fundamental, que debe ser complementada con los otros dos pu puntos ntos que se señala a continua continuación. ción. La investigación en modelos hidrá hidráulicos ulicos es una valiosa herramienta para el perfeccionamiento de los diseños y constituye la segunda fuente de conocimiento. conocimiento. En el Perú se vienen realizando estu estudios dios en modelo en el Laboratorio Nacional de Hidráulica desde 1964. La tercera fuente está dada por la experiencia y por la observación del funcionamiento de estructuras en operación en diversas partes y circunstancias. Dentro de esta fuente de conocimiento se encuentra el análisis de las fallas, el que constituye un método valiosísimo de aprendizaje. Son numerosos los aspectos de la ingeniería en general y de la ingeniería civil en particular que intervienen en el diseño de una obra de toma. Prácticamente debe emplearse a plenitud casi todas las especialidades de la ingeniería civil. Pero, además intervienen otros aspectos de la ingeniería. Sin pretender que la relación sea limitativa se presenta a continuación una relación de los principales tem temas as vinculados al diseño de una obra de toma. Ellos son: a.  a.  b.  b.  c.  c.  d.  d. 

Estudio de la Demanda Topografía Meteorología Hidrología

e.  Transporte de Sedimentos f. f.   Hidráulica Fluvial

 

g.  g.  Geología h.  h.  Geodinámica i.  i.  Geotecnia  j.   j.  Sismicidad k.  k.  Materiales de Construcción l.  l.  Diseño Hidráulico m.  Diseño Estructural n.  n.  Diseño Electromecánico o.  o.  Procedimientos de Construcción p.  p.  Modelos Hidráulicos q.  q.  Costos y Presupuestos r.  r.  Análisis Económico y Financiero s.  s.  Estudio de Impacto Ambiental Resueltos los aspectos de planeamiento y diseño se pasa a la construcción. La construcción de una bocatoma importante es difícil y se requiere mucha experiencia, no sólo en procesos constructivos, sino también en el manejo del río durante la construcción. Para la construcción es necesario aprovechar los estiajes del río. Se const construye ruye ataguías aguas abajo y aguas arriba y una obra de desvío para aislar la zona de trabajo. 7. CALCULOS PARA SU DIMENSIONAMIENTO HIDRAULICO El dimensionamiento hidráulico de una estructura de captación se basa en el estudio del comportamiento del agua ya sea en movimiento o en reposo. El dimensionamiento hidráulico debe satisfacer lo siguiente: a.  a.  b.  b.  c.  d.  d. 

Estabilidad del cauce al paso de la avenida de diseño (hidráulica fluvial). Asegurar permanentemente el caudal de ingreso. Captar lo mínimo de material sólido. Proveer un sistema de compuertas que eviten la sedimentación de sólidos y material flotante frente a la bocal.

1. Dimensionamiento de las ventanas de captación: La captación de agua se realiza mediante una abertura llamada ll amada ventana de captación. Esta trabaja como vertederos en mínimas y como orificio ahogado en máximas. Sus dimensiones son calculadas en función del caudal a derivar, de las condiciones económicas aconsejables y su geometría se acondiciona a los siguientes ángulos fundamentales: a.  a.  Angulo de ingreso (α) entre los ejes longitudinales l ongitudinales del río y la bocal.  

 

b.  b.  Angulo de derivación (β) en tre la margen del río y el extremo de aguas arriba de la bocal. c.  c.  Angulo de derivación de la frontal (θ), formado formado entre el eje longitudinal de las ventanas y la margen del río.

a. Alturas de las ventana ventanass de capta captación. ción. a. Ventana de captación. La altura de la ventana de captación, c aptación, se determina por la fórmula de vertederos:

h1=

Q

1.5 * N*Ln

h1

: altura de ventana (m)

Q

: caudal de derivación (m3/s)

V

: numero de ventanas

Ln

: ancho de ventana (m)

b. Rejillas. Su objetico básico es impedir que los materiales de arrastre y suspensión ingresen al canal de derivación los caudales causan obstrucción y desbordes aguas debajo de la captación. Las rejillas son platinas, unidas mediante soldadura formando paneles.

he = 1.32 φ*V

e

*sen (Ω)*(sec (α))15/e 

e

V: velocidad del flujo a través de las rejillas (pie/s). Φ: diámetro de las rejillas (pulg.).  

 

Ω: ángulo de inclinación de las rejillas.   α: ángulo de ingreso 

he: pérdida de carga (pulg.). e: espaciamiento espaciamiento entre rejillas (pulg.). Por lo tanto la altura total de la l a ventana está dado por: h = h1 + he  2. Ancho de las ventana ventanass de ca captación. ptación. El ancho propuesto es corregido por el coseno del ángulo de desviación de la frontal (θ) y

por el número de rejillas de la ventana.   Número de rejillas

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Nr = Ln

1

e

Donde: Ln: ancho total de la ventana (m). e: espaciamiento entre rejillas (m) Nr: número de rejillas En la determinación de la corrección del ancho de las ventanas, se contemplan dos casos: 

  Si el ángulo de desviación frontal es de 0º: b= Ln   Si el ángulo de desviación frontal es diferente de 0º:



b=

Ln Cos (θ) 

Donde: b: ancho corregido de ventanas (m). Ln: longitud neta de ventanas (m).

+ φ* Nr

 

Θ: ángulo de desviación frontal Φ: diámetro de rejillas (m).

Nr: número de rejillas 3. Altura de de la compu compuerta erta de regulación Se determina con la tirante tirante y la pérdida de carga de la sección aguas arriba de las compuertas, luego: Hc=yn – hf1-2 4. Altura de barraje La altura de barraje Pb es la diferencia entre la cota de la cresta del barraje y la cota promedio del rio en el eje propuesto. Se determina la cota de barraje con la siguiente ecuación: Pb= cota cresta – cota rio Cota cresta =cota1 + h + p + 0.1 Donde:  

Cota1: cota del punto de entrega.   H: altura de la ventana de captación   P: diferencia de la última entre la última sección y la sección de entrega.   0.1: es el valor de carga de seguridad. 5. Caudal máximo de derivación Para la determinación del caudal máximo de derivación se siguen los siguientes pasos: Se calcula la carga sobre el barraje considerando el mas critico en que toda la avenida pase sobre el barraje. Ésta carga se determinara a partir de la siguiente ecuación. Q=C.L.Hˆ

Donde:  

Q: caudal que pasa sobre el barraje

a/n

 

a. Análisis de la zona de limpia de gruesa Generalidades -Velocidad requerida: el canal de limpia es la estructura que permite reducir la cantidad de sedimentos que trata de ingresar al canal de derivación, así como la eliminación del material de arrastre que se acumula delante de las ventanas de captación. Su ubicación recomendada es perpendicular al eje del vertedero y su flujo paralelo al del rio y entre 60° y 90° el ángulo que forma con la captación a menos que realice un modelo hidráulico que determine otras condiciones. En lo referente al material que se puede puede acumular en el cauce del caudal de limpia, p para ara poder ser eliminado el flujo existente en el canal debe tener una velocidad capaz de arrastrar el sedimento depositado. b. Ancho del canal. EL ancho recomendable para el canal de limpia se pude obtener de la relación: re lación: B w= g. Q V c  Donde: B w = Ancho de la compuerta (m) Q = Descarga base de diseño (m 3/s) V c = Velocidad en que los sedimentos empiecen a moverse. (m/s) g = Aceleración gravitacional (m/s2) Este ancho sirve de referencia para el cálculo inicial, pero siempre es recomendable que se disponga de un ancho que no genere obstrucciones al paso del material de arrates sobre todo al de suspensión (troncos, ramas, basura, etc.). c. Pendiente del canal. Es recomendable que el canal de limpia tenga una pendiente que genere la velocidad apropiada de limpia, la fórmula recomendada es: I c = n2. g 10/9  q 2/9  Donde: I c = gradiente crítico

2

gn == Aceleración gravitacional Coeficiente de rugosidad.(m/s )

 

q = descarga por unidad de ancho. 6. Dimensionamiento Hidráulico La zona de limpia de gruesa está controlada por compuertas despedradoras y una compuerta desgravadora. Se hará la comprobación del caudal que pasa por debajo de las compuertas desgravadoras desgravadoras justificando su elección. Para el análisis se considera que todo el caudal máximo instantáneo pasa por el barraje, la zona de compuertas desgravadoras completame completamente nte abiertas y las compuertas desgravadoras y las ventanas de captación se mantienen cerradas.

Podemos establecer: Q = Q b + Q d Donde: Q = Caudal de máxima avenida. Q b = Caudal sobre el barraje. Q d = Caudal por las compuertas despedradoras. Q b = Ci.L.H03/8  Donde: C= coeficiente de descarga del barraje. L= longitud del barraje. H0= carga por al compuertas despedradoras. Q d = N.Ce.Hc.b.(2g.zi)0.5 Donde: N = Número de compuertas despedrado despedradoras. ras. Hc = Altura de las compuertas despedradoras. b = Ancho de las compuertas despedradoras. Ce = Coeficiente de descarga de las compuertas. zi = Pérdida de carga.

7. Longitud de delantales

 

La energía del flujo que pasa sobre el barraje es necesario disiparla haciendo chocar el agua con el delantal. Según Bligh, la longitud del delantal aguas abajo, se calcula por la fórmula: L i= 2.2.C.(Hd/13).5 Donde: Hd = altura del barraje desde la superficie del delantal (m). C = Coeficiente según tablas. Para un torrente, hay que diseñar el delantal un poco más largo de l i, y su estructura debe resistir la fuerza de subpresión.

8. Delantal Delantal agua aguass arriba El delantal aguas arriba del barraje, se construye para prevenir la socavación. El espesor recomendado tiene un valor de ½ a 2/3 que el delantal aguas arriba. En caso que ocurra flujos turbulentos se tiene que hacer de mayor espesor. La longitud es de 3 a 5m. 9. Protección del lecho La longitud total del delantal y la obra de protección del lecho, se puede calcular mediante el método de Bligh. EL=0.67.CB(Pb.Q/B).0.5 LP =EL - L Donde: CB = Constante de Bligh. Pb = Altura del barraje. Q = Caudal máximo instantáneo. B = Ancho del río. EL = Longitud total del delantal LP =Longitud de protección de lecho L == Longitud de la poza de disipación.

10. Aliviadero lateral de excedencias La longitud del aliviadero lateral de excedencias se puede calcular por varios métodos, dentro de los cuales la ecuación de Forchheimer es la más utilizada en su determinación.

 

  Q = Q max – Q d  max  – h = 0.9 Yn LA=______3Q______  8.41595.u.h3/2 Donde: LA = Longitud del aliviadero lateral. Q max max =Caudal máximo derivado. Q d =Caudal de derivación. u = Coeficiente del vertedero. Yn = Tirante normal en el canal de derivación. 11. Efecto del remanso en el río. Como consecuencia de la construcción del barraje, el nivel del agua por detrás del vertedero aumenta, la misma que puede generar problemas de inundación de terrenos agrícolas, caminos, puentes,determinar obras de arte hidráulicas (alcantarillas, sistemas drenes), por lo que es necesario la curva de remanso formada para de analizar y solucionar los problemas causados. 8. EJEMPLO DEL DISEÑO DE PROYECTO DE CAPTACIÓN (BOCATOMA)   Proyecto: bocatoma fortaleza



Ubicación del proyecto:   Departamento: Lima   Provincia: Cañete

  

       

  

Distrito: San Vicente Longitud: 13°6° Latitud: 72°12° Altitud: 100.000 msnm.

Parámetros de diseño: /s   –  Descarga instantánea: 1000.000 m3/s –  Descarga promedio anual: 52.000 m3/s –  Pendiente promedio del rio en la zona z ona de estudio: 0.003 3 –  Caudal de derivación: 10.000 m /s INFORME DE LA VISITA