INFORME 1 BOCATOMA CANAL DE RIEGO CUCUANA IBAGUE
NORMA ROCIO JUAN PABLO PABLO
Materia: Hidráulica de Caale!
IN"TITUTO TOLIMEN"E DE FORMACION TECNICA PROFE"IONAL# ITFIP INGENIERIA CI$IL E"PINAL %&1'
INTRODUCCION Desde el comienzo de su vida el hombre ha sido testigo muchas veces sin ent entende enderl rlo o del del des desarr arroll ollo del del cicl ciclo o del del agua agua en la natu natura ralleza. La distribución de los climas, la formación de las nubes y su inestabilidad, la producción de las lluvias, la variación de los niveles de los ríos y el almacenamiento de agua en depósitos superciales o subterráneos son temas en cuyo estudio se ha venido profundizando a lo largo de los años, conformando una rama de la física ue se conoce como !idrología. Los caale! de rie() tienen la función de conducir el agua desde la captación hasta el campo o lugares donde será aplicado a los cultivos. "on obras de ingeniería importantes, ue deben ser cuidadosamente pensadas para no provocar daños ambientales para ue se gaste la menor cantidad de agua posible. #stán estrechamente vinculados a las características del terr te rren eno, o, ge gene nera ralm lmen ente te si sigu guen en la lass pe pend ndie ient ntes es na natu tura rale less de dell te terr rren eno, o, descendiendo suavemente hacia las partes más ba$as, para aprovechar la fuerza de gravedad e irrigar los campos con más eciencia para gastar y aprovechar el preciado líuido.
OBJETI$O"
OBJETI$O GENERAL
%onocer el funcionamiento de una bocatoma, sus diferentes elementos y la manera como conduce el agua para un distrito de riego. OBJETI$O" E"PECIFICO"
•
%omprender el funcionamiento de un vertedero, con el propósito de establecer su utilidad como medidor de &u$o en canales abiertos.
•
#stablecer la fuerza ue e$erce el agua sobre la compuerta, por cantidad de movimiento y por hidrostática con el n de %alcular el perl del &u$o gradualmente variado en un canal rectangular con el m'todo estándar por (asos.
•
%alcular la profundidad critica Yc y la energía especica mínima y )uerza especica con el propósito, de analizar el efecto ue produce en la supercie libre del agua un umbral en el fondo de un canal aplicando la ecuación de energía en un &u$o rectilíneo a supercie libre.
•
%lasicar el &u$o para cada profundidad e*perimental dinámica del +esalto !idráulico +!- y sus características como disipador de energía, con el n de analizar las características de un salto hidráulico en un canal horizontal de sección rectangular.
1
MATERIALE"
•
ibliografía y documentos en internet, )otos y videos de la practica
•
"oft/are 0icrosoft 12ce #*cel, 3oogle earth, %orel Dra/
% BOCATOMA CANAL DE RIEGO %*1 RE"E+A HI"TORICA
#l distrito %oello contratada su construcción en 4567 entró en servicio en 4568, obras e$ecutadas por la rma #stadounidense 9:;!, ". :<(:1? ;?D ;""1%<;:#D, de Denver, %olorado.
La %a$a ;graria administró los Distritos por delegación del 3obierno ?acional hasta el año 45@A, el
#n el año de 455B, entró en servicio la infraestructura de captación y conducción del río %ucuana, con un caudal de diseño de C m8Eseg., obra esta iniciada por el !<0;: en 45B5, ue no logró concluir, por lo cual los usuarios asumieron su terminación durante los años 455A y 455B.
La $urisdicción del Distrito comprende una parte de las tierras situadas al 1ccidente del río 0agdalena, entre las localidades de )landes, #spinal F %hicoral G y 3uamo.
#l Distrito entró a ser propiedad de la ;sociación de 9suarios en virtud de la Ley 446C de C77A, ue e*igió su traspaso a las ;sociaciones de 9suarios de los Distritos de ;decuación de tierras con todos sus activos y obligaciones.
%on respecto a 9socoello, a trav's de la +esolución ?o. 4B@@ de diciembre 87 de C77B, la 9?;: #ntidad encargada del gobierno para este trámitetransrió en propiedad el Distrito de +iego a 9socoello, asignando a esta entidad todos los asuntos relacionados con la administración, operación y %onservación del Distrito. (or esta transferencia en propiedad, la ;sociación se obligó a cancelar al estado la suma de H47.58@.@@.6C7.67 en un plazo de 47 años, valor este ue vienen pagando los usuarios desde el año C775.
%*% CARACTERI"TICA DEL DI"TRITO DE RIEGO
#l distrito tiene una e*tensión total de @8.C77 !as., y un área plana susceptible de riego de 7.777 has., sus límites están determinados por los ríos 0agdalena, %oello, Luisa y el canal de conducción %ucuana. #l área dotada de infraestructura para riego es de C6.@77 has a cargo de 4.B77 usuarios, área servida por una red de 8BB Ims. de canales y un sistema de drena$e constituido por varios cursos naturales uebradas-, "u altura promedio sobre el nivel del mar es de 877 metros. Las fuentes de agua utilizada para el distrito, son los ríos %oello y %ucuana. Las captaciones de agua para el distrito como las aplicaciones del riego se hacen por gravedad 55J-K los riegos por aspersión son muy escasos. %*, LOCALI-ACION
#l Distrito de +iego
está
localizado en la
zona
central
del
Departamento del :olíma, a 67
Ims
al
oriente
de
Grafco 1. Localización. Google Earth.
%*' "I"TEMA DE RIEGO
#l sistema original consiste
en
un
canal de aducción complementado con
un
diue
fusible sobre el río %oello, localizado en 3ualandayK un canal Grafco 2. Sistema de Riego UsoCoello
de
conducción
con
capacidad
de
diseño de C6 m8Eseg con un caudal medio derivado de 46 m8Eseg, del cual nacen canales principales de riego M >aramillo, "errezuela, :olima y #spinal.
#l nuevo sistema comprende una toma lateral de C m8 de capacidad sobre el río %ucuana, localizado en el municipio de "an Luis, un canal de conducción revestido de 87 Ims. de longitud, desde la salida del tnel hasta la uebrada 3uaduas y un canal complementario de B Ims. "in revestimiento para trasvaseo del agua a los canales nal "errezuela, sector intermedio del canal #spinal y las uebradas "errezuela y #neal para alimentar los sistemas %alzón y Nillaveces
.
, E"TRUCTURA" DEL CANAL CUCUANA BOCATOMACANALCUCUANA DE S ARENA DO R CA NA L DE IEGO R UA C RTODE M A Q N U IA S
LI NE AD E ADUCCI ON
B OCA T OMA
DES AGU E
Grafco 3. Estructuras Canal Cucana.
Las estructuras ue se encontraron en la inspección física del canal de riego %ucuana son las siguientesM •
%aptaciones, o estructuras de entrada.
•
%ompuertas y Nertederos, para derivaciones, medición de caudales y control de niveles.
•
Descargas, o estructuras de entrega.
,*1 CAPTACION O E"TRUCTURA DE ENTRADA
Las captaciones son las obras ue permiten derivar el agua desde la fuente ue alimenta el sistema. #sta fuente puede ser una corriente natural, un embalse o un depósito de agua subterránea, para nuestro taller hablaremos de captaciones en corrientes naturales. La captación consta de la B)cat).a , el Caal de Aducci/ y el Ta0ue !edi.etad)r o De!aread)r*
3.1.1 BOCATOMA
Las bocatomas u obras de toma, son estructuras hidráulicas, ue se construyen en un río o un canal, con el ob$etivo principal de captar, o desviar, una parte o el total del agua ue escurre por el cauce.
!abitualmente,
estas
obras están destinadas
Grafco . !ocatoma.
a proveer de agua a la agricultura,
la
generación
de
electricidad,
la
población
rural
y
urbana, la industria y la minería. (ueden llegar a ser obras muy comple$as, y en su diseño intervienen prácticamente todas las especialidades de la ingeniería civil. #n muchos casos los diseños propuestos son vericados por medio de modelos a escala reducida modelos físicos- debido a la complicación de los fenómenos. "e pueden clasicar desde distintos puntos vista, ya sea por su envergadura, su ob$etivo, su permanencia en el tiempo, sus características particulares y los materiales de los ue están hechas. #n cualuier caso, las bocatomas siempre deben cumplir, entre otras, con tres e*igencias básicasM •
Deben ser capaces de e*traer el caudal para el cual fueron diseñadas, con el mínimo nivel de agua en el cauce, siempre ue ese
•
caudal est' disponible. Deben permitir el paso de la crecida de diseño en caso de ocurrir
•
'sta. "u operación no debe producir modicaciones de las condiciones del tránsito del agua y de los sólidos arrastrados, ue puedan provocar daños en la propiedad privada, pblica o en el medioambiente.
%onceptualmente, y de manera muy simplicada, una bocatoma esta %ompuesta por los siguientes elementosM •
9na barrera transversal, ue puede ser total o parcial en el cauce, cuyo 1b$etivo es contener el agua y peraltar su nivel para introducirla en un canal o zan$a de aducción. La barrera debe permitir el paso de los e*cedentes de agua y de las crecidas. %uando el nivel de agua en el cauce es sucientemente alto de manera
•
natural, se prescinde de la barrera. 9n canal o zan$a de aducción, generalmente lateral, por el ue se
•
deriva el caudal captado. 9na estructura de control compuerta-, ue permite mane$ar el ingreso del agua desde el canal de aducción al canal ue conduce nalmente las aguas a los puntos de consumo.
3.1.2 CANAL DE ADUCCION
#l canal de aducción conecta la bocatoma con el desarenadoK tiene una transición de entrada, una curva horizontal y un tramo recto, paralelo a la corriente natural, hasta el desarenador. #s un canal de ba$a pendiente y r'gimen tranuilo ue se diseña para recibir los caudales de aguas altas ue pueden entrar por la toma. #n la práctica es preferible ue sea de corta longitud y en algunos casos, cuando las condiciones topográcas de la zona de captación lo permiten, se elimina el canal de aducción y el desarenador se incluye dentro de la estructura de la bocatoma.
3.1.3 DESARENADOR Grafco ". Canal de aducción Cucuana.
#s
una
obra
destinada a recolectar y eliminar los materiales sólidos ue hayan ingresado al canal. "on obras de grandes dimensiones y alto costo, fundamentales para las centrales hidroel'ctricas por el daño ue los sólidos pueden causarles a los rodetes y las tuberías en presión.
#l canal de aducción conecta la bocatoma con
el
desarenadorK
tiene una transición de entrada,
una
curva
horizontal y un tramo recto,
paralelo
a
la
corriente natural, hasta el desarenador. #s un canal
de
ba$a
pendiente y r'gimen Grafco #. $esarenador.
tranuilo
ue
se
diseña para recibir los caudales de aguas altas ue pueden entrar por la toma. #n la práctica es preferible ue sea de corta longitud y en algunos casos, cuando las condiciones topográcas de la zona de captación lo permiten, se elimina el canal de aducción y el desarenador se incluye dentro de la estructura de la bocatoma.
#l desarenador es un
tanue
sedimentador cuyas dimensiones dependen
del
caudal de diseño de la toma, de la distribución granulom'trica de los sedimentos en suspensión
ue
Grafco %. $esarenador.
transporta la corriente natural y de la eciencia de remoción, la cual oscila entre el @7 y el B7J del sedimento ue entra al tanue. #n el fondo tiene un espacio disponible para recibir los sedimentos en suspensión ue retieneK estos sedimentos son removidos periódicamente mediante lavado hidráulico o procedimientos manuales. ;demás de su función de sedimentador el desarenador cuenta con un vertedero de rebose ue permite devolver a la corriente natural los e*cesos de agua ue entran por la toma.
,*% COMPUERTA"
9na compuerta es una placa móvil, plana o curva, ue al levantarse forma un oricio entre su borde inferior y la estructura hidráulica presa, canal, etc.- sobre la cual se instala, y se utiliza para la regulación de caudales, y como emergencia y cierre para mantenimiento de otras estructuras. ;demás se puede establecer ue una compuerta hidráulica es un dispositivo hidráulico mecánico destinado a regular el pasa$e de agua u
otro &uido en una tubería,
en
canal,
un
presas,
esclusas, obras de derivación
u
otra
estructura hidráulica. Las
compuertas
tienen
las
propiedades hidráulicas de los oricios y, cuando Grafco &. Cuarto de '()uinas Com*uertas. !ocatoma Canal Cucuana.
están
bien
calibradas, pueden emplearse tambi'n como medidores de &u$o, las compuertas permiten la determinación e*perimental de los coecientes de descarga %d- y contracción %c-, para la condición de una apertura constante, al tiempo ue se determina la distribución de presiones, tanto sobre la compuerta como en el fondo de canal de prueba. Las pruebas se hacen en el monta$e de canal dependiente variable. #l mecanismo de regulación de una compuerta puede realizarse a mano, por fuerza motriz o simplemente por la misma presión del agua. ; trav's de los anos muchos tipos de compuertas han sido diseñadas y %onstruidas, pero muy pocas de ellas han permanecido y se encuentran en este momento en uso. ;uellas ue permanecen tienen la características de serM simples, fáciles de mantener, y económicas.
3.2.1 COMPUERTA DESLIZANTES
%onsiste en una placa plana ue se desliza a trav's de rieles mediante un motor. ;ctualmente este tipo de compuerta tiene muchas aplicaciones
comoM
control
&u$os,
de
proyectos de irrigación, sistemas de drena$e y proyectos
de
Grafco +. Com*uerta $eslizante ,,SL-$E G/ES0
conservación de suelos. "u utilización es til para alturas y luces reducidas. Los materiales utilizados para este tipo de compuerta sonM ;cero, ;cero galvanizado para instalaciones en las ue se necesite una compuerta económica-, ;cero ino*idable recomendada en condiciones de corrosión-, (lástico reforzado con bra de vidrio y sostenedores de aluminio para condiciones e*tremas de corrosión-. 3.2.2 COMPUERTAS RADIALES (TAINTOR GATES).
#s una de las compuertas más usadas en grandes presas donde usualmente se usan series de compuertas radiales entre columnas de concreto.
%onsiste en una placa formada por un segmento
cilíndrico
;lrededor transmiten
de la
y
son
giratorias
articulaciones presión
a
trav's
ue de
soportes o miembro de acero- del agua directamente
hacia
la
subestructura
maciza. ;l girar la compuerta hacia aba$o, entra en una cavidad de concreto. #l diseño de esta compuerta es til ya ue es económica y su levantamiento +euiere de poca fuerza y es conable. Grafco 1. Com*uerta Radial.
La mayor venta$a de estas compuertas es su funcionamiento hidráulico y la facilidad de represar ríos anchos sin necesidad de contrafuertes intermedios.
,*, $ERTEDERO"
Los vertederos son dispositivos ue se utilizan para medir el caudal a trav's de un canal abierto y consiste en una obturación en el canal, en el cual el líuido se acumula para despu's pasar a trav's de 'l, por una abertura de forma geom'trica determinada y midiendo la altura de la supercie del líuido se puede obtener el caudal. asándose en esto los ob$etivos perseguidos en esta práctica son determinar e*perimentalmente el coeciente de descarga de dos tipos diferentes de vertederos vertedero rectangular y en N-.
Grafco 11. ertedero Canal cucuana.
Determinar
las
p'rdidas
de
energía
de
los
vertederos y por ultimo comprender
el
funcionamiento de los vertederos y su utilidad como medidor de &u$o. #l llevado a cabo en esta practica.
procedimiento
(ara
medir
&u$o
mediante vertederos es, en primer lugar nivelar el canal donde se va a colocar
el
vertedero,
luego se establece un nivel cero del gancho del calibrador
cerrando
la
válvula del gancho de prueba y de$ando ue la Grafco 12. Limnimetro.
supercie del agua este e*actamente a nivel con
el borde inferior del vertedero, luego con la válvula abierta al má*imo, esperando ue el &u$o se encuentre en euilibrio. %on la ayuda del gancho calibrador se mide la altura de la supercie respecto al nivel de referencia. ;l mismo tiempo se toma el tiempo empleado en el m'todo gravim'trico, se repite esta operación para los dos tipos de vertederos disminuyendo los caudales hasta llegar apro*imadamente a una altura de 87 mm. Los vertederos se utilizan para medir el caudal a trav's de un canal abierto, un vertedero consiste en una obstrucción en el canal, en el cual el líuido es acumula, para despu's pasar a trav's de el, por una abertura de forma geom'trica predeterminada. La relación entre el nivel del liuido Oagua arribaP del vertedero y el caudal circulante se puede determinar e*perimentalmente. %omo consecuencia, el caudal se puede determinar, con la lectura de la altura de la supercie del líuido. Los vertederos construidos de una ho$a de metal o de otro material, de tal manera ue el choro salte con libertad conforme de$a la cara aguas arribas del vertedero, reciben el nombre de vertederos de cresta delgada. #n la
práctica se utilizaran dos tipos de vertederos de cresta delgadasK uno rectangular y el otro en N. Los vertederos son utilizados, intensiva y satisfactoriamente, en la medición del caudal de peueños cursos de agua y conductos libres, así como en el control del &u$o en galerías y canales.
,*' OBRA" DE DI"TRIBUCCION B2 PA""3
Grafco 13. Canal de $eriación ,!4 5ass0.
Las obras de distribución son estructuras de hormigón o albañilería de piedra ue llevan montadas una serie de compuertas ue permiten cortar o dirigir el &u$o en alguna dirección especíca. "e suelen usar en canales sometidos a sistemas de turno en los ue la posición de la compuerta es abierta o cerrada. "e suele llamar OentranteP
al canal ue llega a la obra, OsalienteP a los derivados y OpasanteP al canal ue contina. (ara nuestro canal en particular esta obra tiene la función de mantenimiento del canal, para ue permanentemente se distribuya el agua en el canal, y poder desarenar uno de los dos tramos, mientas ue el otro se encuentra en operación, se utilizan compuertas radiales y deslizante para desviar el &u$o de agua. ,*4
OBRA" DE CONTROL 2 E5CEDENCIA" DE"AGUE"3
Las obras de control y e*cedencia son estructuras ue forman parte de un canal o una presa, ya sea de almacenamiento o derivación y cuya función es la de permitir la salida de los volmenes de agua e*cedentes a los de Grafco 1. $esague6 Canal de re7ose
aprovechamiento. Lo anterior establece de manera tácita la condición de ue previamente se halla satisfecho la capacidad de aprovechamiento del canal, o sea ue el canal se encuentre lleno hasta su nivel de conservación o má*imo de operación antes de ue se inicien los desfogues por la obra de e*cedencias.
La
capacidad
de
una
obra
de
e*cedencia
la
determinan
las
especicaciones de diseño, las características del canal y el programa de operación de la propia obra. ;demás de tener suciente capacidad, la obra de e*cedencias debe ser hidráulica y estructuralmente adecuada y con las descargas localizadas de manera ue no erosionen el pie de la cortina u otras estructuras e*istentes aguas aba$o. Los materiales ue formen los revestimientos de la estructura deben ser resistentes a la erosión y tener un acabado liso, con el n de ue sean capaces de resistir las altas velocidades ue frecuentemente se presentan en ellas, así como para evitar fenómenos de cavitación y presiones diferenciales en las caras del revestimiento. %uando sea necesario deberá prever la construcción de algn dispositivo para disipar la energía cin'tica del agua en el e*tremo inferior de la descarga.
' ANALI"I" 2 CONCLU"IONE" •
•
•
•
#n el presente taller se pretende identicar las obras de toma o bocatomas, estructuras hidráulicas construidas sobre un rio o canal con el ob$eto de captar o e*traer una parte del caudal de la corriente principal de un cauce o rio.
Las bocatomas poseen diversos elementos de captación, aducción, desarenador, zonas o áreas de desviación del &u$o F compuertas para controlar el ingreso del &u$o, vertederos o áreas para calcular el volumen, ductos o canales de desagQe, cuarto de máuinas para controlar las compuertas y muchos más elementos ue funcionan en total armonía para poder desviar una parte del caudal de un rio para utilizarlo en el riego, de áreas destinadas a la agricultura.
#ste sistema debe mantener el euilibrio entre funcionamiento de las máuinas y los niveles de agua, para asegurar el suministro ininterrumpido de agua destinado para el riego de los cultivos. Las áreas principales a lo largo de la estructura %ucuana sonM rio, cuarto de máuinas, bocatoma, línea de aducción, desarenador, canal de riego, canal de desagQe.
BIBLIOGRAF6A etin, R. b. C775-. 0#:1D1L13S;" D# D<"#T1 D# 1+;" !. ;bril de C77-. #"(#%<)<%;%<1?#" :W%?<%;" (;+; #L D<"#T1 D# %;(:;%<1?#" (1+ 3+;N#D;D D# ;39;" "9(#+)<%<;L#" . L<0;, (#+9.
LI"TA DE GRAFICO" 3raco 4. Localización. 3oogle #arth..................................................................... B 3raco C. "istema de +iego 9so%oello...................................................................5 3raco 8. #structuras %anal %ucana....................................................................47 3raco . ocatoma............................................................................................44 3raco 6. %anal de aducción %ucuana.................................................................48 3raco @. Desarenador........................................................................................4 3raco A. Desarenador........................................................................................4 3raco B. %uarto de 0áuinas %ompuertas. ocatoma %anal %ucuana..............46 3raco 5. %ompuerta Deslizante "L
