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OBRAS HIDRAULICASManuel Vicente HERQUINIO ARIASIng. Mecnico de FluidosHIDRAULICA E HIDROLOGIA

OBRAS DE DERIVACION O CAPTACION1INTRODUCCIONEl agua fuente de vida, recurso hdrico que cobra ms importancia da a da ya que la poblacin del mundo se duplica cada cuatro dcadas. Se requiere de Estructuras Hidrulicas que permitan el aprovechamiento de este recurso as como tambin sirvan de proteccin adecuada durante las avenidas.Un buen diseo consiste en proponer la mejor solucin Tcnica Econmica tomando en cuenta:La construccin de una estructura implica adicionar pesos al medio natural y que el medio natural va a responder con diversos cambios sobre la estructura y al medio mismo.Una estructura nueva va a afectar tanto a la naturaleza como a los habitantes de la zona.

Clasificacin de las Obras HidrulicasPor un propsito:Estructuras para Abastecimiento PoblacionalEstructuras de IrrigacinEstructuras para Generar Energa HidroelctricaDrenaje y alcantarilladoEstructuras para Proteccin de riberas y control de crecientesEstructuras para Navegacin

Clasificacin de las Obras HidrulicasDe acuerdo a su funcin:Obras de captacin:- Por gravedad:- Obra de derivacin.- Presas de embalse.- Mecanizado por medio de pozos.Obras de conduccin:- Canales.- Tneles.-Pasos de depresin como acueductos, sifones tuberas de presin.

Clasificacin de las Obras HidrulicasDe acuerdo a su funcin:Obras de proteccin: Desarenador.Aliviaderos de demasasDesfogues.Disipadores de energa (Rpidas cadas).Tanques de presinDefensas ribereasCanales de limpiaCanales de drenaje.

Rpida EscalonadaProyecto Especial OLMOS - TINAJONES De acuerdo a su funcin:Obras de regulacin: reservorios, compuertas, divisores, medidoresClasificacin de las Obras Hidrulicas

OBRAS DE CAPTACION

OBRAS DE CAPTACIONSon un conjunto de estructuras que permitirn captar agua de una fuente superficial subterrnea para su derivacin y aprovechamiento.Se pueden clasificar en:Obras de almacenamiento yObras de toma por derivacin directa. Las obras de almacenamiento.- Son estructuras de cierre, consistentes en presas que cierran el cauce del ro, formando un reservorio regulando el caudal del ro, almacenarlo en pocas de hmedas y utilizarlo en pocas de estiaje.Las tomas por derivacin directa.- Son captaciones de agua del ro o quebrada sin ninguna regulacin, aprovechando el caudal que hay en el instante.

OBRAS DE CAPTACION

Captacin Directa por Gravedad .Las pautas del diseo, ser en forma general para la captacin directa por gravedad que se origina en un ro, la cual se conoce como Bocatoma Estructura de Captacin de CabeceraBocatoma Estructura de Captacin de CabeceraToma Directa sin regulacin

BOCATOMAS

BOCATOMASBocatoma es una estructura que tiene por finalidad derivar parte o el total del caudal que discurre en un ro con el fin de: irrigar un rea bajo riego, generar energa elctrica o dotar de agua potable.Funciones de una Bocatoma:Garantizar la captacin de una cantidad constante de agua, especialmente en pocas de estiaje (Q ro > Q captacin)Impedir, el ingreso de materiales slidos y flotantes, haciendo que estos sigan el curso del ro o facilitando la limpieza.Proteger el resto del sistema de obras hidrulicas y cauces aledaos, evitando el ingreso de avenidas o embalses que pudieran producirse en las pocas lluviosas.

.BocatomasClasificacinPor el material de construccin: concreto, piedra, tierra, madera, "champas", ramas, etc.Por su vida til: permanentes (concreto), temporales (piedra, tierra, madera, "champas", ramas, etc ).Por el mtodo de construccin: concreto armado, concreto ciclpeo, mampostera, gaviones y otros.

BocatomasPor su forma y diseo: Barraje total, Barraje parcial, espigones, Barraje mvil, Barraje fijo, Barraje sumergido o del tipo Tirol.

BocatomasPor su forma y diseo: Barraje Fijo y Barraje MovilBARRAJE MOVILBocatomasPor su forma y diseo:

RejillaGaleraBocatoma SumergidaToma Caucasiana Tipo Tirol

BocatomasPor su forma y diseo:

Criterios de Ubicacin

Depende de: Configuracin del terreno, pendiente del cauce, ancho del valleTopografa, cota de captacinCondiciones geolgicas: fallas, tipo de suelos arcillas y calizas en las zonas de cimentacin de la bocatoma.Geotecnia del lugar del emplazamiento, capacidad portante de los suelos.Facilidades constructivas (disponibilidad de materiales)Posibles inundaciones o daos a las reas vecinas Variaciones hidrolgicas del lugar que nos servir de emplazamiento. La ubicacin ms apropiada para una bocatoma es en los tramos rectos y estables del ro.

Criterios de Ubicacin

Si se trata de una curva, la ubicacin de la toma deber ser al finalizar la curva (lado cncavo), desde el punto de vista de transporte de sedimentos este lugar se considera ms adecuado, ya que en este punto el flujo secundario en el fondo se aleja de la toma y no esta expuesto a la sedimentacin.

Criterios de Ubicacin

Si se trata de una curva, la ubicacin de la toma deber ser al finalizar la curva (lado cncavo), desde el punto de vista de transporte de sedimentos este lugar se considera ms adecuado, ya que en este punto el flujo secundario en el fondo se aleja de la toma y no esta expuesto a la sedimentacin.

Criterios de la TopografaDefinida la posible ubicacin, se realizarn los siguientes trabajos topogrficos:Levantamiento en planta del cauce del ro, entre 500m. a 1000 m. tanto aguas arriba como aguas abajo del Barraje, la escala recomendada es 1:2000.Levantamiento localizado de la zona de ubicacin de la bocatoma, se recomienda un rea de 100m. x 100m. como mnimo, la escala no debe ser menor de 1:500.Perfil longitudinal del ro, por lo menos 1000m. aguas arriba y 500m. aguas abajo del eje del Barraje, la escala recomendada es 1:2000 H y 1:200 V.Secciones transversales del cauce del ro a cada 50m. en un tramo comprendido entre 1000m. aguas arriba y 500m. aguas abajo del eje del Barraje, la escala variar entre 1:100 y 1:200.Ubicacin Topografa

Geologa y GeotecniaLas condiciones geolgicas, geomorfolgicas y geotcnicas, su conocimiento permitir dimensionar con mayor seguridad la estructura; por lo que se recomienda la obtencin de los siguientes datos como resultado de los estudios geolgicos geotcnicos:Curva granulomtrica del material conformante del lecho del ro.Seccin transversal que muestre la geologa de la zona de ubicacin de la bocatoma.Coeficiente de permeabilidadCapacidad portanteResultados sobre ensayos de hincado de pilotes tablaestacas (para determinar la profundidad de cimentacin)Transporte de sedimentos del ro.

Criterios de Diseo Hidrologa

El diseo de estructuras hidrulicas se basa en el conocimiento de la informacin de las descargas de un ro, para las bocatomas la informacin mas importante son las descargas mxima, el valor medio y los valores mnimos, as como la ley de probabilidad de ocurrencia de los mismos.

El estudio hidrolgico dar como resultado:

Caudales de diseo para una avenida mxima.

Caudales medios y mnimos.

Curva de caudal VS tirante en la zona del barraje

Criterios Hidrologa

El mtodos para determinar las Mximas Avenidas, se realizara en funcin de la disposicin de los datos hidrolgicos.Los Mtodos mas usados:HidrolgicosHistricosDirectos o HidrulicosEmpricosEstadsticos ProbabilsticosCorrelacin Hidrolgica.

INFRAESTRUCTURA PERIODO DE RETORNOEncauzamiento sin poblacin afectada25 a 50 aosEncauzamiento con poblacin alejada50 a 100 aosProteccin de zonas urbanas200 a 500 aos

Partes de una Bocatoma

Partes de una BocatomaLas Tomas convencionales estn generalmente ubicados en los ros de cuencas altas (Q pequeos, S grandes, V grandes, y Q slidos altos en pocas de avenida).

Barraje, Presa de Derivacin, Dique, Azud Barraje Fijo.

Obliga a que toda el agua que pasa por debajo de su cresta entre a la toma y en pocas de avenida se comporta como un vertedor.

Partes de una BocatomaVentana de Captacin Es una abertura con enrejado que impide el paso del material slido y flotante demasiado grueso, para esto el umbral de la reja se coloca a cierta altura del fondo.

Partes de una BocatomaVentana de Captacin Es una abertura con enrejado que impide el paso del material slido y flotante demasiado grueso, para esto el umbral de la reja se coloca a cierta altura del fondo.Colchn disipador Zampeado al pie del azud Sirve para disipar la energa de manera que el agua pase al cauce no revestido con velocidades lo suficientemente bajas para no producir erosiones.

Partes de una BocatomaCompuerta de Limpia Compuerta de purga Ubicada en un extremo del azud al lado de la reja de entrada, la funcin de esta compuerta es la de mantener limpio el cauce frente a la reja, la eficiencia es pequea. En poca de avenida ayuda a regular el caudal captado.

Partes de una BocatomaCanal de Limpia o Barraje MvilElimina el material de arrastre que se acumula delante de las ventanas de captacin. Para determinar el ancho del canal de limpia se debe considerar:El canal de limpia debe transportar por lo menos dos veces el caudal a derivar o debe ser igual al caudal medio del ro.El ancho debe ser un dcimo de la longitud del barraje.

Partes de una BocatomaDesripiador.- Estructura que captura gran parte del material que logra pasar la reja, este desripiador debe tener una compuerta hacia el ro para lavar peridicamente el material acumulado.

Partes de una BocatomaTransicin de entrada al canal.- Al ingresar el agua por la ventana de captacin este pasa hacia el desripiador que es una estructura ancha al inicio y se va angostando hasta entregar el flujo al canal principal que generalmente tiene una seccin ms estrecha. Por lo tanto es necesario intercalar una transicin entre los dos para evitar que haya grandes prdidas de energa entre la ventana de captacin y el canal.

Partes de una BocatomaCanal tnelEs la estructura hidrulica que conducir el agua para el uso requerido.

Partes de una BocatomaAliviadero de Demasas Evacua las agua excedente o superior al caudal que se desea captar.

Partes de una BocatomaDesarenador En pocas de lluvia, los ros acarrean abundantes materiales slidos, tanto de fondo como en suspensin, debido a la erosin que provocan en todo su recorrido. Por ello es importante contar con desarenadores o decantadores, particularmente en obras de Centrales Hidroelctricas. Un buen diseo pondr especial atencin en la velocidad del agua dentro del desarenador y en su longitud.