IX.- MARCO TEORICO 9.1 DEFINICION DE BOCA BOCATOMA TOMA
“Se defne así a la estructura que tiene fnalidad de derivar parte o el total del caudal que discurre en un río, para irriar una !rea "a#o rieo o enerar enería $ediante su utili%aci&n en una central 'idroel(ctrica). *ISE+O *E OCATOMAS- In. Alredo Mansen alderra$a /iura 0. ocato$a ol$os
/uente1 'ttp1223."p."lospot.co$24piet 'ttp1223."p."lospot.co$24pietiae iae 56728%9S6opR:uI2AAA AAAAAA*;2<= AAAAA A*;2<= $:#7X;> ?E2s0 4772Esque$aoca 4772Esque$aocato$aMira@or to$aMira@ores.#p es.#p
9.2 DISEÑO HIDRAULICO Es conveniente, antes de co$en%ar a detallar los criterios $!s diundidos so"re diseo de "ocato$as, precisar so"re la necesidad, tipos B partes que co$ponen la "ocato$a. Es co$n que los terrenos terrenos potencial$ente a ser irriados en un valle, se encuentran a considera"le distancia del cauce del río de donde se pretende pretende o"tener el aua, o en alunos casos se trate de terrenos de cota relativa$ente alta con respecto al nivel del aua en el río. En consecuencia es necesario re$ontar re$ontar el río con la fnalidad de encontrar un luar apropiado topor!fca$ente que per$ita el rieo de dic'os terrenos, situaci&n no sie$pre !cil de encontrar, Ba que podría ser que topor!fca$ente topor!fca$ente sea acti"le, pero que eol&ica$ente o de acilidad constructiva no sea lo apropiadoD por lo que a veces es necesario or$ar la cara 'idr!ulica $ediante la construcci&n de una presa de derivaci&n que per$ita elevar el nivel de Ia superfcie del aua en el río a fn de que sea
posi"le captar parte del caudal del río en or$a oportuna B efciente. er fura FG /iura 31 Cara 'idr!ulica para captaci&n
/uente1 *ISE+O *E OCATOMAS- In. Alredo Mansen alderra$a
9.2.1 condiciones gener!es de dise"o Son varias las condiciones generales de diseño que debe cumplir una bocatoma, cualquiera que sea su tipo o características. Se pueden mencionar las siguientes: •
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Aseurar la derivaci&n per$anente del caudal de diseo B de los caudales que sean requeridos. Hroveer un siste$a para de#ar pasar la avenida de diseo, que en $uc'as ocasiones tiene ran cantidad de s&lidos B $aterial en suspensi&n. Captar la $enor cantidad de s&lidos B disponer de un siste$a apropiado para su evacuaci&n. 8"icar la "ocato$a en un luar que proporcione acilidades estructurales B constructivas. Conservar auas a"a#o sufciente capacidad de transporte para evitar sedi$entaci&n. Tener un costo ra%ona"le.
9.# CLASIFICACI$N DE ACUERDO AL USO DEL RECURSO H%DRICO La finalidad es uno de los muchos criterios que existen para la clasificación de las obras de toma. Desde el punto de vista de su finalidad las obras de toma se clasifican en función de las características del proecto al que sirven. !s así como se tiene: • • • • • •
O"ras de to$a para a"asteci$iento p"lico O"ras de to$a para irriaci&n O"ras de to$a para centrales 'idroel(ctricas O"ras de to$a para industria B $inería O"ras de to$a para otros prop&sitos O"ras de to$a para uso $ltiples
9.& TI'OS DE BOCATOMA
9.&.1 To( direc) Se trata de una to$a que capta directa$ente $ediante un canal lateral, que por lo eneral es un "ra%o f#o del río que per$ite discurrir un caudal $aBor que el que se va a captar. Su $aBor venta#a es que no se necesita construir un "arra#e o a%ud que por lo eneral constituBe una de las partes de $aBor costo. Sin e$"aroD tiene desventa#a de ser o"struida !cil$ente en (poca de crecidas, ade$!s per$ite el inreso de sedi$entos 'acia el canal de derivaci&n. /iura F. To$a directa
/uente1 'ttp122civilee;s.co$2?p-content2uploads237072072O"ras-de-captaci CFFn-07.#p
9.&.2 To( Mi*) o Con+encion! Se trata de una to$a que reali%a la captaci&n $ediante el cierre del río con una estructura lla$ada a%ud o presa de derivaci&n, el cual puede ser f#a o $&vil dependiendo del tipo del $aterial usado. Ser! f#a cuando se utili%a un ele$ento ríido, por lo eneral concreto, B ser! $&vil cuando se utili%an co$puertas de acero o $adera. Ja captaci&n en ese tipo de "ocato$as se reali%a por $edio de una ventana que puede uncionar co$o orifcio o vertedero dependiendo del tirante en el río. /iura K. To$a $iLta
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[email protected]'idraulica2articuloses2interesantes2laderas6a ndinas2painas2ORAS37*E37TOMA6arc'ivos2i$ae7F7.i
9.&.# To( M,+i!
Se lla$a así aquella to$a que para crear la cara 'idr!ulica se vale de un "arra#e $&vil. Son to$as que por la variaci&n de niveles en or$a $uB $arcada entre la (poca de estia#e B avenida, necesitan disponer de un "arra#e relativa$ente "a#o, pero que para poder captar el caudal deseado necesitan de co$puertas que le den la cota a nivel de aua adecuado. A los "arra#es con co$puertas que per$iten el paso del caudal de avenida a trav(s de ellos se les conoce co$o "arra#e $&vil. Su principal venta#a es que per$ite el paso de los $ateriales de arrastre por enci$a de la cresta del "arra#e vertedero o a%ud. /iura =1 To$a $&vil
/uente1 'ttp122pec'inecas.o".pe2?e"2i$s2arra#e6$ovil6uaca6panora$ica.#p
9.&.& To( Tiro!es o C-csin Son to$as cuBas estructuras de captaci&n se encuentran dentro de la secci&n del a%ud, en un espacio de#ado en (l, proteido por una re#illa que i$pide el inreso de $ateriales ruesos. Estas to$as no son reco$enda"les en ríos donde el arrastre de sedi$entos es intenso, Ba que podrían causar r!pida o"strucci&n de las re#illas. Conviene co$entar que la ran $aBoría de ríos del Her son $uB #&venes B arrastran ran cantidad de sedi$entos en (pocas de crecidas, por lo que la construcci&n de esta to$a de"e ser donde las condiciones lo avore%can. Hara concluir el tipo de "ocato$a $!s reco$enda"le para reali%ar la captaci&n de un caudal deter$inado previa$ente, depende de la altura del vertedero, de las condiciones de la ci$entaci&n, del @u#o en el río, re$anso auas arri"a, de la disponi"ilidad de los $ateriales de construcci&n B del $onto del dinero asinado para la e#ecuci&n de la o"ra. /iura 41 to$a tirolesa
/uente1 'ttp122???.revistas"olivianas.or."o2i$2revistas2#"c2vNn302a006fura60F.i
9. SISTEMAS DE DISI'ACI$N DE ENER/%A EN LAS BOCATOMAS Tienen por fn a$ortiuar el poder erosivo del aua evitando su acci&n destructora. Hueden ser las canaletas a$ortiuadoras, salto de tra$polín su$erido, salto de squi, "a@es, etc. /iura N. *isipadores de enería.
/uente1 9ova;, H., Moat, A.I.., 9alluri, C. B 9araBanan, R. 0PP7.
9.0 BOCATOMA DE CA'TACI$N LATERAL !s una obra de captación superficial la m"s empleada cuando se trata de captar el agua en un río. La forma m"s simple de concebir una captación lateral es como una bifurcación. # continuación, presentaremos una breve descripción de los elementos constituentes m"s frecuentes de una bocatoma de captación lateral, dichos elementos pueden clasificarse como sigue:
$ !lementos de encau%amiento cierre. &ienen como ob'etivo elevar el nivel del agua para permitir su ingreso a la toma al canal de derivación e impedir el desborde del río. $ !lementos de descarga de avenidas. (ermiten el paso de las crecidas, se consideran como órganos de seguridad. $ !lementos de control de sedimentos. #quellos que tienen por ob'eto el mane'o de los sólidos. $ !lementos de control de ingreso del agua. (ermiten regular la cantidad de agua que ingresa a la derivación. $ !lementos de control de la erosión. permiten disminuir la erosión la abrasión. $ !lementos estructurales. Son los que dan seguridad a la obra.
!n la siguiente figura se muestra una distribución de los elementos de una bocatoma de captación lateral. !stos son:
1. Vertedero fijo o presa derivadora: Es estructuralmente un azus. Es una presa vertedora. Suele llamarse barraje. Su función es la de elevar el nivel del agua para alcanzar el requerido por las necesidades de captación. Esta estructura crea la carga necesaria sobre el canal de derivación para que pueda ingresar el caudal de diseño. Es decir obliga al agua a entrar a la captación. Su altura sobre el lec!o del r"o suele ser pequeña. El azud debe permitir el paso de grandes avenidas espec"ficamente de la avenida de diseño. #idr$ulicamente el azud es un vertedero. %. Vertedero móvil o barraje móvil: Estructura compuesta por una o m$s compuertas que permiten el paso de las avenidas de l"quidos & sólidos. 'iene la función de eliminar los sólidos que puedan ser encontrados aguas arriba & frente a las ventanas de captación. (. )resa no vertedora: *l igual que los vertederos fijos & móvil es transversal a la corriente principal. Su función es la de cerrar el cauce sin que el agua pase por encima de ella. Su función depende del anc!o del r"o. +. Ventanas de captación: ,onstitu&en la toma propiamente dic!a. Se trata de uno o m$s vamos que permiten el paso del agua que trabajan !idr$ulicamente sea como vertederos o como orificios. -a carga !idr$ulica que permite el ingreso del agua se origina como consecuencia de la altura de la presa derivadora. . ,ompuertas de captación: Son las que regulan el ingreso de agua al canal de derivación. )ueden estar ubicadas como parte de las ventanas de captación o si !ubiese un elemento decantador ubicado inmediatamente aguas abajo de las ventanas de captación podr"an estar ubicadas m$s !acia aguas abajo en el ingreso del canal. /. )ozas disipadoras de energ"a: Se ubican aguas abajo de los barrajes fijo & móvil es necesario disponer alg0n elemento que a&ude a disipar la energ"a. eneralmente se disipa la energ"a mediante la formación de un salto !idr$ulico para lo que es necesario disponer una poza. ,omo transición con el lec!o fluvial se coloca una protección de fondo a base de piedras a la que se le denomina rip2rap. 3. 4uros gu"a: Son muros separadores que suelen ubicarse entre los barrajes fijo & móvil & aguas arriba de ellos. )ueden e5tenderse !acia aguas abajo separando ambas pozas disipadoras de energ"a.
6. ,anal destripador: Es un pequeño canal paralelo a la corriente principal ubicado junto a las ventanas de captación & que es normal a la dirección de la corriente que ingresa a la captación. 7. 8iques de encauzamiento: Se ubican aguas arriba & aguas abajo del eje de la presa de derivación seg0n las condiciones topogr$ficas. )ara que una bocatoma sea estable es necesario que lo sea el tramo fluvial en el que est$ ubicada. Es necesario recordar que al construir una bocatoma cu&a altura generalmente es de unos pocos metros sobre el lec!o del r"o esto determina una sobreelevación de niveles !acia aguas arriba especialmente durante los grandes caudales. ,omo parte del diseño adem$s de los trabajos topogr$ficos se requiere determinar el perfil !idr$ulico. Si las condiciones topogr$ficas as" lo e5igen !abr$ que considerar un encauzamiento.
9. 'ROBLEMAS EN BOCATOMAS !n general, los diversos problemas en bocatomas construidas en nuestro país son debidos a las siguientes causas: $ $ $ $ $
)nestabilidad fluvial e irregularidad de las descargas )nsuficiente información hidrológica *ran transporte sólido de cuerpos extraños #parición eventual del +enómeno de !l iño -+! !ventos hidrológicos extremos como grandes avenidas o gran escase% de agua
9. AFORADOR 'ARSHALL !l aforador (arshall es un dispositivo de medición eminentemente experimental. !sto quiere decir que para calcular el gasto, se debe recurrir a gr"ficas experimentales que no tienen ecuaciones sencillas de representar. /onsta de cuatro partes fundamentales que son la transición de entrada, sección convergente que est" formada por dos paredes verticales sim0tricas convergentes de una pantalla hori%ontal, la garganta -1 que est" formada por dos paredes verticales paralelas con la plantilla inclinada hacia aba'o, por 2ltimo la salida que est" formada tambi0n por dos paredes verticales pero divergentes la pantalla inclinada hacia arriba. !n la transición de entrada, el piso se eleva sobre el fondo del canal, con una pendiente suave las paredes se van cerrando, a sea en línea recta o circular, !n la sección convergente, el fondo hori%ontal el ancho va disminuendo. !n la garganta el piso vuelve a ba'ar para terminar con otra pendiente ascendente en la sección divergente. !n cualquier parte del aforador, el aforado tiene una sección rectangular. +undamentalmente el aforador es una reducción de la sección que obliga al agua a elevarse o a 3remansarse4, volver a caer hasta la elevación que se tenía sin la presencia del aforador. !n este proceso se presenta una aceleración del flu'o que permite establecer una relación matem"tica entre la elevación del agua el gasto.
/iura Q. Aorador pars'all
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9ng. *lfredo 4ansen Valderrama “8iseño de bocatomas universidad nacional de ingenier"a facultad de ingenier"a civil departamento acad;mico de !idr$ulica e !idrolog"a -ima )er0.
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http:55apiperu.com.pe5(resentaciones5hidraulica5667S!D)8!&9S5D7 Laocatoma)ntroduccion.(D+ https:55es.scribd.com5doc5;;<=>66;65Diseno7de7!structuras7?idraulicas7 8aximo7@illon7 http:55AAA.imefen.uni.edu.pe5&emasBinteres5C9/?#5LaBbocatoma.(D+ http:55AAA.conagua.gob.mx5/9#*#EF5oticias5canalBparshall.pdf http:55hidraulica.umich.mx5laboratorio5images5manBpdf5>o5>BpG.pdf