59730267 Que Es La Bocatoma

5/10/2018 59730267 Que Es La Bocatoma - slidepdf.com

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La Bocatoma1. ¿QUE ES LA BOCATOMA?

Las obras de toma o bocatomas son las estructuras hidráulicas construidassobre un río o canal con el objeto de captar, es decir extraer, una parte o latotalidad del caudal de la corriente principal. Las bocatomas suelen caracterizarseprincipalmente por el Caudal de Captación, el que se define como el gasto máximoque una obra de toma puede admitir. Así por ejemplo, el caudal de captación de labocatoma 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 ungran número de obras de toma para aprovechamiento hidráulico. El diseño de

estas estructuras es casi siempre difícil y debe recurrirse tanto a métodos analíticoscomo a la investigación en modelos hidráulicos. La observación y análisis delcomportamiento de las obras de toma en funcionamiento es muy importante. Losproblemas que se presentan en una bocatoma son mucho más difíciles cuando secapta agua desde un río que cuando se hace desde un cauce artificial (canal). Es alprimer caso al que nos referiremos principalmente de acá en adelante.

Es necesario tener presente que la bocatoma es una estructura muyimportante 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 detodo el Proyecto de Aprovechamiento Hidráulico. En consecuencia, tanto eldiseño como la construcción, la operación y el mantenimiento de una obra detoma deben ofrecer el máximo de seguridad.

El diseño de una obra de toma puede ser un problema muy difícil, en el quedebe preverse la interacción estructura-naturaleza. La obra de toma, cualquieraque sea su tipo, es un elemento extraño en contacto con el agua. Es decir, que laestructura va a producir inevitablemente alteraciones en el medio naturalcircundante y, a la vez, la naturaleza va a reaccionar contra la obra. Esta interacciónque se presenta al construir la obra, y en el futuro al operarla, debe ser prevista ycontrarrestada oportuna y debidamente. La estabilidad y la vida de una bocatomaestán asociadas al concepto de Avenida de Diseño.



Tradicionalmente se ha usado el concepto de Avenida de Diseño paradesignar el máximo caudal del río que una bocatoma puede dejar pasar sin sufrirdaños que la afecten estructuralmente. Más adelante se ampliará esta definición deacuerdo a la experiencia de las últimas décadas.

2. PARTES DE LA BOCATOMA:

y Compuerta de control y cierre de la compuerta.y Dispositivo para medir los niveles, aguas arriba y aguas abajo de la

compuerta de control. Estos pueden ser simples reglas graduadas o puedencontar con medidores continuos de nivel y trasmisores de la información alcentro de operación, el que puede contar con mecanismos para operar adistancia la compuerta.

Si se encuentran en ríos y arroyos, generalmente constan también de:

y Un vertedero para fijar la sección del curso de agua, tantoplanimétricamente, como en cota, evitando de esta forma la migración delcurso de agua en ese punto y su socavación, lo que podría dejar la bocatomainoperante.

y Un canal de limpieza, provisto de compuertas, para permitir eldesarenamiento de la aproximación a la bocatoma.

y Frecuentemente se completa la bocatoma con una reja y un desarenador,para evitar que el transporte sólido sedimente en el canal dificultando lostrabajos de mantenimiento del mismo.

3. CLASIFICACION DE LAS BOCATOMAS

A. BOCATOMAS DIRECTAS: son posibles de diseñar en cursos de agua defuerte pendiente, y cuando no se quiere tener una estructura costosa, tienenel inconveniente de que el lecho del rio puede variar y dejar la toma sinagua , igualmente en las épocas de estiaje al disminuir el tirante de agua enel rio puede disminuir considerablemente el ingreso de agua en la toma.

B. BOCATOMAS CON BARRAJES: son las más empleadas ya que aseguranuna alimentación más regular, conservan un nivel constante en la captaciónque 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

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

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

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

y Con el objeto de proteger las riveras aguas arriba y aguas debajo de la presa

se diseñan muros de encausamiento y protección.

B.2 BOCATOMAS DE BARRAJE MOVIL

y En este tipo de barraje se consigue la retención del caudal y elevación deltirante mediante el cierre del curso del rio por un sistema de compuertassostenidas en un conjunto de pilares y adosadas en sus extremos a losmuros de contención.

y 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 esalta debido a la pequeña pendiente del curso del rio. Como consecuencia eltransporte de sólidos es pequeño y no afecta mayormente al sistema decompuertas.

y En la época de avenidas la toma trabaja con las compuertas abiertas oparcialmente cerradas, de ninguna manera el barraje móvil debe ser unobstáculo para el paso del agua; ya que la obstrucción podría causarremansamientos desfavorables y en otros casos desbordamientos, por lo quela altura de los pilares y la abertura de compuertas debe calcularse para lasmáximas descargas.



B.3. BOCATOMAS DE BARRAJE MIXTO

y Tienen una parte de la presa integrada por una estructura solida (Barrajefijo) y una parte integrada por compuertas sustentadas en pilares (Barrajemóvil). La parte móvil tiene en ciertos casos muros guías o separadores del

barraje fijo que forma un canal denominado de limpia y un segundo canalseparado por un vertedero de rebose lateral que sirve para eliminar lasgravas llamado también desempedradores.

y El desempedrador tiene una fuerte pendiente y al extremo del mismo seinstalan compuertas para la eliminación de los materiales gruesos.

y Este tipo de bocatoma se adapta mejor al régimen variable de los ríos de lacosta peruana, ya que en la época de estiaje trabajan únicamente con laregulación que se efectúa con el barraje móvil, mediante el cierre o la

apertura de las compuertas mientras que en la época de crecidas trabajancon las compuertas de limpia abiertas y el paso libre del flujo encima delbarraje fijo.

C. BOCATOMAS DE CAPTACIÓN LATERAL

La bocatoma lateral es una obra de captación superficial y es la másempleada cuando se trata de captar el agua de un río. Es a este tipo debocatoma al que dedicamos la mayor parte de esta exposición. La formamás simple de concebir una captación lateral es como una bifurcación. En

primer lugar conviene presentar una breve descripción de los elementosconstituyentes más frecuentes de una bocatoma de captación lateral, losque podrían clasificarse de la siguiente manera:

Elementos de encauzamiento y cierre. Su objeto es elevar el nivel del agua parapermitir su ingreso a la toma y al canal de derivación e impedir eldesborde del río.

Elementos de descarga de avenidas. Permiten el paso de las crecidas. Sonórganos de seguridad.

Elementos de control de sedimentos. Tienen por objeto el manejo de lossólidos.

Elementos de control del ingreso de agua. Permiten regular la cantidad deagua que ingresa a la derivación.



Elementos de control de la erosión. Permiten disminuir la erosión y laabrasión

Elementos estructurales. Son los que dan estabilidad a la obra.

Disposición típica de los principales elementos de una bocatoma decaptación lateral.

Vertedero fijo o presa derivadora. El vertedero o presa derivadora esestructuralmente un azud. Es una presa vertedora. Suele llamársele barraje.Su función es la de elevar el nivel del agua para alcanzar el requerido porlas necesidades de captación. El azud crea la carga necesaria sobre el canalde derivación para que pueda ingresar el Caudal de Diseño. Es decir,obliga al agua a entrar a la captación. En tal sentido es una presaderivadora, diferente a las presas de almacenamiento. En consecuencia, sualtura sobre el lecho del río suele ser pequeña (algunos pocos metros). A su

vez el azud debe permitir el paso de las grandes avenidas, específicamentede la Avenida de Diseño, la que como se ha dicho es el máximo caudal delrío que puede soportar la estructura. El azud es, hidráulicamente, unvertedero. Se puede construir de los más diversos materiales.



Vertedero móvil o barraje móvil. Es una estructura compuesta por una omás compuertas que permiten el paso de las avenidas de líquidos y desólidos y además tiene la función de eliminar los sólidos que pudiesenencontrarse aguas arriba y frente a las ventanas de captación. La longitudtotal 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. Al igual que los vertederos fijo y móvil es transversal ala corriente principal. Su función es la de cerrar el cauce, sin que el aguapase por encima de ella. Su longitud depende del ancho del río.Las ventanas de captación. Constituyen la toma propiamente dicha. Se tratade uno o más vanos que permiten el ingreso del agua y que trabajanhidráulicamente, sea como vertederos o como orificios. La carga hidráulicaque permite el ingreso del agua se origina como consecuencia de la alturade la presa derivadora. Las ventanas pueden tener compuertas o no y

suelen llevar rejillas de protección contra el ingreso de cuerpos extraños, lasque pueden estar provistas de limpiarrejas.

Compuertas de captación. Son las que regulan el ingreso de agua al canalde derivación. Pueden estar ubicadas como parte de las ventanas decaptación, o, si hubiese un elemento decantador ubicado inmediatamenteaguas abajo de las ventanas de captación, podrían estar ubicadas más haciaaguas abajo, en el ingreso al canal. En las bocatomas pequeñas puedetratarse de una sola compuerta.

Pozas disipadoras de energía. Aguas abajo de los barrajes fijo y móvil esnecesario disponer algún elemento que ayude a disipar la energía.Generalmente se disipa la energía mediante la formación de un saltohidráulico, para lo que es necesario disponer una poza. Inmediatamenteaguas abajo, y como transición con el lecho fluvial, se coloca una protecciónde fondo a base de piedras a la que se le denomina rip-rap.

Deformaciones del lecho fluvial como consecuencia de la construcción deun barraje.



Muros guía. Son muros separadores que suelen ubicarse entre los barrajesfijo y móvil y aguas arriba de ellos. Pueden también extenderse hacia aguasabajo, separando ambas pozas disipadoras de energía.

Canal desripiador. Es un pequeño canal paralelo a la corriente principal,ubicado junto a las ventanas de captación y que es normal a la dirección dela corriente que ingresa a la captación. Permite la eliminación de los sólidoscuando las circunstancias hidráulicas y topográficas lo permiten.

Diques de encauzamiento. Se ubican aguas arriba y aguas abajo del eje dela presa de derivación, en la medida en la que las circunstanciastopográficas lo requieran. Para que una bocatoma sea estable es necesarioque lo sea el tramo fluvial en el que está ubicada. De acá que en muchasoportunidades haya que realizar el encauzamiento del tramo de río en las

inmediaciones de la obra de toma. Algunas veces los diques deencauzamiento se extienden a lo largo de varios kilómetros. Su costo puedeser importante, pero resultan absolutamente necesarios. Es necesariorecordar que al construir una bocatoma se implanta un barraje o presaderivadora, cuya altura generalmente es de unos pocos metros sobre ellecho del río. Esto determina una sobre elevación de niveles hacia aguaarriba, especialmente durante los grandes caudales. Como parte del diseño,además de los trabajos topográficos, se requiere determinar el perfilhidráulico. Si las condiciones topográficas así lo exigen habrá queconsiderar un encausamiento.

D. BOCATOMA DE FONDO

En las bocatomas de fondo la Toma está colocada en la cara de aguas debajode la estructura de control. El caudal (Qd) que entra por la rejilla de la Tomapasa a una canaleta que la conduce a un tanque de aquietamiento. El tanqueentrega al canal de aducción.



4. FUNCIONES DE LA BOCATOMA

Se clasifican en función de las características del proyecto al que sirven. Es asícomo se tiene:

Obras de toma para abastecimiento público

El abastecimiento de agua a la población es la primera necesidad de aguaque debe ser cubierta. El aprovechamiento de las aguas superficiales, enespecial las de un río, constituye una de las formas más antiguas de uso delagua. En los tiempos antiguos las ciudades se ubicaban en las orillas de losríos para poder aprovechar sus aguas fácilmente. El crecimiento de lapoblación, la expansión urbana, el aumento de las demandas y otrosfactores determinaron la necesidad de construir proyectos deabastecimiento de agua para la población. Estos proyectos empiezan por

una bocatoma para captar el agua de un río, o de otra fuente de agua, yconducirla luego al área urbana.Las obras de toma para abastecimiento poblacional pueden ser muypequeñas, con un Caudal de Captación de apenas unos cuantos litros porsegundo, o muy grandes como la de La Atarjea, que abastece a variosmillones de habitantes de la Gran Lima. Esta bocatoma, cuya funciónpredominante es el abastecimiento poblacional, sirve también para lasatisfacción de algunas necesidades industriales ubicadas en el radiourbano. Cualquiera que sea su tamaño estas obras de toma tienen granimportancia y un enorme contenido social, pues el abastecimiento de aguapoblacional es insustituible.

Obras de toma para irrigación

Después del uso del abastecimiento poblacional, el otro uso importante es elriego. En el Perú, donde hay importantes zonas áridas y semiáridas, ladependencia del riego es muy grande. Al no haber lluvia útil, elaprovechamiento de las aguas superficiales ha sido desde épocas ancestralesesencial para la vida y el desarrollo de las actividades humanas. La costaperuana con sus 800 000 hectáreas cultivadas es una inmensa obra deirrigación, que no podría existir sin la presencia de cientos de bocatomas.

Obras de toma para centrales hidroeléctricas

Hay muchas obras de toma cuya función es captar el agua superficial parasu conducción a una central hidroeléctrica. Así, en el río Mantaro se tieneuna captación de 90 m /s para generación de energía. Como el Perúaprovecha un porcentaje pequeñísimo de su enorme potencial



hidroeléctrico, es de esperar que en el futuro se incrementen las respectivasobras hidráulicas para lograr un mayor aprovechamiento.

Obras de toma para industria y minería

Numerosas industrias y minas tienen sus propias bocatomas.

Obras de toma para uso múltiple

Existen también las bocatomas asociadas a un proyecto de propósitomúltiple, como por ejemplo la del proyecto CHAVIMOCHIC, sobre el ríoSanta, cuyas finalidades son riego, generación de energía y abastecimientopoblacional.

5. PLANEAMIENTO DE OBRAS

Son numerosos los problemas que se presentan en el planeamiento de las Obras deToma, debido principalmente a la interacción estructura-naturaleza. Elplaneamiento es el paso previo al diseño. El planeamiento correcto es sumamenteimportante para el éxito del proyecto. Es difícil establecer una metodología deplaneamiento; sin embargo, se presenta a continuación algunos temas que debentenerse en cuenta. Los temas deben tratarse mediante un proceso deaproximaciones sucesivas. El orden en el que se les presenta a continuación estádeterminado sólo por razones propias de la exposición. Su número puede serbastante 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. Comportamiento hidrológicob. Aspectos de hidráulica fluvialc. Transporte sólidod. Selección del tipo de tomae. Micro localización de la obra de tomaf. Geometría de la bocatomag. Condiciones particulares de operación y mantenimiento.



El estudio de Hidráulica Fluvial nos permitirá conocer las características del

río, que son muy variadas, su estabilidad, y las obras que es necesario realizar paramantenerla. El estudio de Transporte Sólido sirve para conocer la cantidad ycalidad de los sedimentos transportados por la corriente, tanto como material de

fondo como en suspensión. Es conveniente recordar que el transporte sólido esuna manifestación fluvial y depende de las características del río y de la cuenca.Sin una comprensión clara del comportamiento fluvial y del transporte sólido noes posible el diseño de una bocatoma.

El conocimiento de la variabilidad del transporte sólido, de las cantidadesinvolucradas 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 deque existen diferentes tipos de bocatomas. Cada uno de ellos ha sido desarrollado

para ríos de determinadas características. En este tema la consideración de losfundamentos teóricos y de la experiencia local resultan ser insustituibles. Una vezdeterminada la cota de derivación en la que se construirá la bocatoma, en funciónde las necesidades del servicio, se procede a la micro localización. Es este unproblema de Hidráulica Fluvial en el que juega un papel destacado la experiencia ylos conocimientos teóricos del ingeniero proyectista. Dos tramos fluviales muypróximos pueden dar lugar a estructuras de toma de muy diferentecomportamiento sedimentológico. Así por ejemplo, en un tramo en curva lamargen exterior es en general una zona con tendencia a la erosión. Allí debebuscarse el lugar más conveniente para ubicar la toma.

La geometría de la obra, es decir, la disposición de los elementos, es eldiseño mismo. Se debe determinar la altura de la presa derivadora, las longitudesde las partes vertedoras y fijas, el ángulo de captación, los muros guía y todos loselementos constituyentes de la obra. En todo esto desempeña una función muyimportante el estudio en modelo hidráulico, el que tiene la enorme ventaja deconstituir una representación tridimensional de las estructuras y de los fenómenos.Cada bocatoma tiene condiciones particulares de operación y mantenimiento quedeben ser tomadas en cuenta en el momento del diseño.

La concepción de la operación es inseparable del diseño. Cada bocatomatiene un conjunto de Reglas de Operación a las que se llega mediante un procesode 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 estánlas siguientes:

a. Asegurar la derivación permanente del caudal de diseño y de loscaudales menores que sean requeridos. En algún caso se admite unainterrupción temporal del servicio.

b. Proveer un sistema para dejar pasar la Avenida de Diseño, que tienegran cantidad de sólidos y material flotante. En zonas sujetas alFenómeno de El Niño es mejor utilizar un Hidrograma de Diseño.

c. Captar el mínimo de sólidos y disponer de medios apropiados parasu evacuación. Muchas veces esta es la clave del diseño eficiente.

d. Estar ubicada en un lugar que presente condiciones favorables desdeel punto de vista estructural y constructivo.

e. Conservar aguas abajo suficiente capacidad de transporte para evitarsedimentación.

f. Tener un costo razonable

En el diseño de una obra de toma se requiere emplear al máximo losconocimientos. 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 laingeniería civil, tal como se demostrará más adelante. Son varias las fuentes deconocimiento que tenemos para el diseño de una bocatoma.

En primer lugar están las consideraciones teóricas presentadas en los librosde texto, artículos especializados y diferentes publicaciones e investigaciones. Detodo este material se obtiene una base teórica fundamental, que debe sercomplementada con los otros dos puntos que se señala a continuación. Lainvestigación en modelos hidráulicos es una valiosa herramienta para elperfeccionamiento de los diseños y constituye la segunda fuente de conocimiento.En el Perú se vienen realizando estudios en modelo en el Laboratorio Nacional deHidráulica desde 1964. La tercera fuente está dada por la experiencia y por laobservación del funcionamiento de estructuras en operación en diversas partes y

circunstancias. Dentro de esta fuente de conocimiento se encuentra el análisis delas fallas, el que constituye un método valiosísimo de aprendizaje.

Son numerosos los aspectos de la ingeniería en general y de la ingenieríacivil en particular que intervienen en el diseño de una obra de toma. Prácticamentedebe emplearse a plenitud casi todas las especialidades de la ingeniería civil.

Pero, además intervienen otros aspectos de la ingeniería. Sin pretender quela relación sea limitativa se presenta a continuación una relación de los principalestemas vinculados al diseño de una obra de toma.

Ellos son:

a. Estudio de la Demandab. Topografíac. Meteorologíad. Hidrologíae. Transporte de Sedimentosf. Hidráulica Fluvialg. Geología

h. Geodinámicai. Geotecnia j. Sismicidadk. Materiales de Construcciónl. Diseño Hidráulicom. Diseño Estructuraln. Diseño Electromecánico



o. Procedimientos de Construcciónp. Modelos Hidráulicosq. Costos y Presupuestosr. Análisis Económico y Financiero

s.

Estudio de Impacto Ambiental

Resueltos los aspectos de planeamiento y diseño se pasa a la construcción. Laconstrucción de una bocatoma importante es difícil y se requiere muchaexperiencia, no sólo en procesos constructivos, sino también en el manejo del ríodurante la construcción. Para la construcción es necesario aprovechar los estiajesdel río. Se construye ataguías aguas abajo y aguas arriba y una obra de desvíopara aislar la zona de trabajo.

7 . CALCULOS PARA SU DIMENSIONAMIENTO HIDRAULICO

El dimensionamiento hidráulico de una estructura de captación se basa en elestudio del comportamiento del agua ya sea en movimiento o en reposo.

El dimensionamiento hidráulico debe satisfacer lo siguiente:

a. Estabilidad del cauce al paso de la avenida de diseño (hidráulica fluvial).b. Asegurar permanentemente el caudal de ingreso.c. Captar lo mínimo de material sólido.d. 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 ventana decaptación. Esta trabaja como vertederos en mínimas y como orificio ahogado enmáximas. Sus dimensiones son calculadas en función del caudal a derivar, de lascondiciones económicas aconsejables y su geometría se acondiciona a los siguientesángulos fundamentales:

a. Angulo de ingreso () entre los ejes longitudinales del río y la bocal.

b. Angulo de derivación () entre la margen del río y el extremo de aguasarriba de la bocal.

c. Angulo de derivación de la frontal (), formado entre el eje longitudinal delas ventanas y la margen del río.



a. Alturas de las ventanas de captación.

a. Ventana de captación.

La altura de la ventana de captación, 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 suspensióningresen al canal de derivación los caudales causan obstrucción y desbordesaguas debajo de la captación.

Las rejillas son platinas, unidas mediante soldadura formando paneles.

he = 1.32 *Ve*sen ()*(sec ())

15/e

e

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

: diámetro de las rejillas (pulg.).

�: ángulo de inclinación de las rejillas.

: ángulo de ingreso

he: pérdida de carga (pulg.).

e: espaciamiento entre rejillas (pulg.).



Por lo tanto la altura total de la ventana está dado por:

h = h1 + he

2. Ancho de las ventanas de captación.

El ancho propuesto es corregido por el coseno del ángulo de desviación de lafrontal () y por el número de rejillas de la ventana.

y Número de rejillas

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 doscasos:

y Si el ángulo de desviación frontal es de 0º:

b= Ln

y Si el ángulo de desviación frontal es diferente de 0º:

b = Ln + * Nr

Cos ()

Donde:

b: ancho corregido de ventanas (m).

Ln: longitud neta de ventanas (m).

: ángulo de desviación frontal

: diámetro de rejillas (m).

Nr: número de rejillas



3. Altura de la compuerta de regulación

Se determina con la tirante y la pérdida de carga de la sección aguas arriba de lascompuertas, luego:

Hc=yn ² hf1-2

4. Altura de barraje

La altura de barraje Pb es la diferencia entre la cota de la cresta del barraje yla cota promedio del rio en el eje propuesto. Se determina la cota de barraje con lasiguiente ecuación:

Pb= cota cresta ² 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 siguientespasos:

Se calcula la carga sobre el barraje considerando el mas critico en que toda laavenida pase sobre el barraje. Ésta carga se determinara a partir de la siguienteecuación.

Q=C.L.HØa/n

Donde:

Q: caudal que pasa sobre el barraje



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 laeliminación del material de arrastre que se acumula delante de las ventanas decaptación. Su ubicación recomendada es perpendicular al eje del vertedero y suflujo paralelo al del rio y entre 60° y 90° el ángulo que forma con la captación amenos que realice un modelo hidráulico que determine otras condiciones.

En lo referente al material que se puede acumular en el cauce del caudal de limpia,para poder ser eliminado el flujo existente en el canal debe tener una velocidadcapaz de arrastrar el sedimento depositado.

b. Ancho del canal.

EL ancho recomendable para el canal de limpia se pude obtener de la relación:

B w= g. QV c

Donde:B w = Ancho de la compuerta (m)Q = Descarga base de diseño (m3/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 recomendableque se disponga de un ancho que no genere obstrucciones al paso del material dearrates 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 lavelocidad apropiada de limpia, la fórmula recomendada es:

I c = n2. g 10/9 q 2/9

Donde:

I c = gradiente críticog = Aceleración gravitacional (m/s2)



n = Coeficiente de rugosidad.q = descarga por unidad de ancho.

6. Dimensionamiento Hidráulico

La zona de limpia de gruesa está controlada por compuertas despedradorasy una compuerta desgravadora. Se hará la comprobación del caudal que pasa pordebajo de las compuertas desgravadoras justificando su elección.

Para el análisis se considera que todo el caudal máximo instantáneo pasapor el barraje, la zona de compuertas desgravadoras completamente abiertas y lascompuertas 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 despedradoras.

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 chocarel agua con el delantal. Según Bligh, la longitud del delantal aguas abajo, se calculapor la fórmula:

L i= 2.2.C.(Hd/13).5Donde: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 suestructura debe resistir la fuerza de subpresión.

8. Delantal aguas arriba

El delantal aguas arriba del barraje, se construye para prevenir lasocavación.El espesor recomendado tiene un valor de ½ a 2/3 que el delantal aguas arriba. Encaso que ocurra flujos turbulentos se tiene que hacer de mayor espesor. Lalongitud es de 3 a 5m.

9. Protección del lecho

La longitud total del delantal y la obra de protección del lecho, se puedecalcular mediante el método de Bligh.

EL=0.67.CB(Pb.Q/B).0.5

LP =EL - LDonde:CB = Constante de Bligh.Pb = Altura del barraje.

Q = Caudal máximo instantáneo.B = Ancho del río.EL = Longitud total del delantalLP =Longitud de protección de lechoL == Longitud de la poza de disipación.



10. Aliviadero lateral de excedencias

La longitud del aliviadero lateral de excedencias se puede calcular por variosmétodos, dentro de los cuales la ecuación de Forchheimer es la más utilizada en sudeterminación.

Q = Qmax ² Qd

h = 0.9 Yn

LA=______3Q______ 8.41595.u.h3/2

Donde:LA = Longitud del aliviadero lateral.Qmax =Caudal máximo derivado.Qd =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 delvertedero aumenta, la misma que puede generar problemas de inundación deterrenos agrícolas, caminos, puentes, obras de arte hidráulicas (alcantarillas,sistemas de drenes), por lo que es necesario determinar la curva de remanso

formada para 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:

² Descarga instantánea: 1000.000 m3/s

² Descarga promedio anual: 52.000 m3/s² Pendiente promedio del rio en la zona de estudio: 0.003

² Caudal de derivación: 10.000 m3/s

Diseño hidráulico

Características de la zona de captación:

Numero de ventanas: 3 Ancho de ventanas: 3 mts. Altura de ventanas: 0.819 Diámetro de rejillas: 0 Espaciamiento de rejillas: 0 Numero de rejillas por ventana: 0 Alfeizar de las ventanas: 0.481 mts. Cota del vertedero de captación: 98.070

Características de la compuerta de regulación

Numero de compuertas de regulación: 2 mts. Altura de compuertas de regulación: 1.5 mts. Ancho de compuertas de regulación: 1.6 mts.

Características del canal de derivación

Caudal máximo: 17.46 m3/s Tirante normal. 2.096 Ancho de la base: 3.7 mts. Área mojada:7.754 Perímetro mojado:7.891 Radio hidráulico:0.983 Espejo de agua: 3.7 mts.

Borde libre: .404 Velocidad del flujo: 2.252 m/s

Características de la zona de barraje

Cota de la cresta de barraje: 98.989 msnm Altura de barraje: 1.195 Longitud de barraje: 100 mts.



Cota del nivel de máximas: 101.819msnm.



Bibliografía

j http://es.wikipedia.org/wiki/Bocatoma

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