PILARES, VENTANAS DE CAPTACIÓN, Y MUROS DE ENCAUZAMIENTO DE BOCATOMAS

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL, SISTEMAS Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

INDICE 1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 3 2. OBJETIVOS....................................................................................................... 4 3. MARCO TEÓRICO ............................................................................................ 5 3.1. BOCATOMAS ................................................................................................. 5 3.1.1. DEFINICIÓN ............................................................................................. 5 3.1.2. TIPOS DE BOCATOMAS ......................................................................... 5 3.1.2.1. SEGÚN EL NIVEL DE TOMA CON RESPECTO AL RÍO .................. ............. ..... 5 3.1.2.2. SEGÚN EL EMPLAZAMIENTO DE LA TOMA CON RESPECTO AL RÍO ……………………………………………………………………………… 5 3.1.2.3. SEGÚN EL CRITERIO DE FUNCIONAMIENTO ............................... ..................... .......... 6 3.1.2.4. SEGÚN LA MANERA DE COMBATIR EL INGRESO DE SÓLIDOS . 6 3.1.2.5. CLASIFICACIÓN MÁS CONOCIDA .................................................. 6 3.1.3. ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN UNA BOCATOMA ....................... ... 9 3.1.4. IMPORTANCIA ....................................................................................... 10 3.1.5. FINALIDAD ............................................................................................. 10 3.1.6. ASPECTOS FUNDAMENTALES A SER TOMADOS EN CUENTA PREVIO AL DISEÑO DE BOCATOMAS .......................... ............. ......................... ......................... ....................... .......... 12 3.1.6.1. UBICACIÓN ..................................................................................... 12 3.1.6.2. TOPOGRAFÍA ................................................................................. 13 3.1.6.3. CONDICIONES GEOLÓGICAS Y GEOTÉCNICAS ........................ .............. .......... 13 3.1.6.4. INFORMACIÓN HIDROLÓGICA ..................................................... 13 3.1.6.5. CONDICIONES ECOLÓGICAS ....................................................... 14 3.1.6.6. OTROS ............................................................................................ 14 3.1.7. CONDICIONES DE DISEÑO.................................................................. 14 4. DESARROLLO DE TEMÁTICO ....................................................................... 15 4.1. PILARES DE BOCATOMA ........................................................................... 15 4.1.1. DEFINICIÓN ........................................................................................... 15 4.1.2. DISEÑO HIDRÁULICO DE UN PILAR ................................................... 15 4.1.2.1. LA PUNTA O TAJAMAR .................................................................. 15 4.1.2.2. LA ALTURA DEL PILAR .................................................................. 16 4.1.2.3. LONGITUD DE LOS PILARES ........................................................ 16 I N G E N I E R Í A C I V I L – DI DI SEÑO DE OBRAS HI DRÁULI DRÁULI CAS

1



4.1.2.4. ESPESOR DEL PILAR (e) ............................................................... 16 4.1.3. ANÁLISIS ESTRUCTURAL ESTRUCTURAL DE UN PILAR.............. .......................... ............. .................. ..... 16 4.2. VENTANAS DE CAPTACIÓN DE BOCATOMA............................................ 20 4.2.1. DEFINICIÓN ........................................................................................... 20 4.2.2. CONSIDERACIONES DE UNA VENTANA DE CAPTACIÓN ................ 20 4.2.3. DISEÑO HIDRÁULICO DE UNA VENTANA DE CAPTACIÓN............... CAPTACIÓN... ............ 22 4.2.3.1. DIMENSIONES DEL ORIFICIO Y CONDUCTO ......................... ............ .................. ..... 22 4.2.3.2. DETERMINACIÓN DEL GASTO MÁXIMO QUE PASARÁ POR LA COMPUERTA .................................................................................................. 23 4.3. MUROS DE ENCAUZAMIENTO Y ESTRIBOS DE BOCATOMA ................. ............ ..... 27 4.3.1. DEFINICIÓN ........................................................................................... 27 4.3.2. CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE MUROS DE ENCAUZAMIENTO Y ESTRIBOS ESTRIBOS ......................... ............ .......................... .......................... .......................... .................... ....... 27 4.3.3. DISEÑO HIDRÁULICO DE MUROS DE ENCAUZAMIENTO Y ESTRIBOS …………………………………………………………………………………. 28 4.3.4. ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE MUROS DE ENCAUZAMIENTO Y ESTRIBOS .......................................................................................................... 30 4.4. BOCATOMAS EJECUTADAS ...................................................................... 32 4.4.1. BOCATOMA CHAVIMOCHIC (PROYECTO ESPECIAL CHAVIMOCHIC) …………………………………………………………………………………. 34 4.4.2. BOCATOMA LA VÍBORA (PROYECTO ESPECIAL DE IRRIGACIÓN CHINECAS)......................................................................................................... 37 4.4.3. BOCATOMA LA HUACA (PROYECTO ESPECIAL DE IRRIGACIÓN CHINECAS)......................................................................................................... 38 4.4.4. BOCATOMA LA ACHIRANA (SISTEMA ( SISTEMA DE RIEGO LA ACHIRANA) .... 40 4.5. PROBLEMÁTICA QUE PUEDEN PRESENTAR LAS BOCATOMAS ........... 41 5. CONCLUSIONES ............................................................................................ 44 6. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................ 45 7. LINKOGRAFÍA ................................................................................................. 45

I N G E N I E R Í A C I V I L – DI DI SEÑO DE OBRAS HI DRÁULI DRÁULI CAS

2



4.1.2.4. ESPESOR DEL PILAR (e) ............................................................... 16 4.1.3. ANÁLISIS ESTRUCTURAL ESTRUCTURAL DE UN PILAR.............. .......................... ............. .................. ..... 16 4.2. VENTANAS DE CAPTACIÓN DE BOCATOMA............................................ 20 4.2.1. DEFINICIÓN ........................................................................................... 20 4.2.2. CONSIDERACIONES DE UNA VENTANA DE CAPTACIÓN ................ 20 4.2.3. DISEÑO HIDRÁULICO DE UNA VENTANA DE CAPTACIÓN............... CAPTACIÓN... ............ 22 4.2.3.1. DIMENSIONES DEL ORIFICIO Y CONDUCTO ......................... ............ .................. ..... 22 4.2.3.2. DETERMINACIÓN DEL GASTO MÁXIMO QUE PASARÁ POR LA COMPUERTA .................................................................................................. 23 4.3. MUROS DE ENCAUZAMIENTO Y ESTRIBOS DE BOCATOMA ................. ............ ..... 27 4.3.1. DEFINICIÓN ........................................................................................... 27 4.3.2. CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE MUROS DE ENCAUZAMIENTO Y ESTRIBOS ESTRIBOS ......................... ............ .......................... .......................... .......................... .................... ....... 27 4.3.3. DISEÑO HIDRÁULICO DE MUROS DE ENCAUZAMIENTO Y ESTRIBOS …………………………………………………………………………………. 28 4.3.4. ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE MUROS DE ENCAUZAMIENTO Y ESTRIBOS .......................................................................................................... 30 4.4. BOCATOMAS EJECUTADAS ...................................................................... 32 4.4.1. BOCATOMA CHAVIMOCHIC (PROYECTO ESPECIAL CHAVIMOCHIC) …………………………………………………………………………………. 34 4.4.2. BOCATOMA LA VÍBORA (PROYECTO ESPECIAL DE IRRIGACIÓN CHINECAS)......................................................................................................... 37 4.4.3. BOCATOMA LA HUACA (PROYECTO ESPECIAL DE IRRIGACIÓN CHINECAS)......................................................................................................... 38 4.4.4. BOCATOMA LA ACHIRANA (SISTEMA ( SISTEMA DE RIEGO LA ACHIRANA) .... 40 4.5. PROBLEMÁTICA QUE PUEDEN PRESENTAR LAS BOCATOMAS ........... 41 5. CONCLUSIONES ............................................................................................ 44 6. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................ 45 7. LINKOGRAFÍA ................................................................................................. 45


2



1. INTRODUCCIÓN En el Perú hay en operación un gran número de bocatomas permanentes, semipermanentes semipermanentes y rusticas. Su diseño es casi siempre difícil y debe recurrirse tanto a métodos analíticos como a la investigación mediante el uso de los modelos hidráulicos. La observación y análisis del comportamiento de las obras de captación en funcionamiento es muy importante. 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). Antiguamente las bocatomas bocatomas eran construidas construidas en distintos distintos lugares, lugares, apilando apilando grandes cantidades de tierra y de piedras en los cauces de los ríos, de modo que se desviara una porción del flujo de los mismos hacia el canal de derivación. Por lo general, era necesario que estas construcciones se reconstruyeran anualmente, ya que las avenidas iban destruyéndolas constantemente. El objetivo principal de una bocatoma es desviar un parte del cauce de un río, o un canal, para: El abastecimiento de agua potable. Para el riego. Para generar energía eléctrica. En la acuicultura. Para el enfriamiento de las instalaciones industriales. Entonces vemos la importancia que representan estas estructuras, en el desarrollo humano. Entonces, en el presente informe trataremos de manera general sobre la Bocatomas, ya que nos centraremos en temas más específicos como son: Pilares, Ventanas de captación, Estribos y Muros de encauzamiento, de los cuales hablaremos sobre su diseño hidráulico, consideraciones, y un análisis de diseño estructural de cada elemento.


3



2. OBJETIVOS Aprender la importancia de las bocatomas bocatomas en e n el desarrollo de las l as personas, conceptos y teoría. Diseñar hidráulica y estructuralmente pilares, ventanas de captación, estribos y muros de encauzamiento, de una bocatoma. Analizar y aprender sobre bocatomas ejecutadas en el Perú, y su problemática.


4



3. MARCO TEÓRICO 3.1. BOCATOMAS 3.1.1. DEFINICIÓN Se define así al conjunto de obras hidráulicas construidas en una fuente de agua, ya sea río, canal o laguna, con la finalidad de captar y derivar parte o el total del caudal que discurre en dicha fuente de agua, para irrigar una área bajo riego, para generar energía mediante su utilización en una central hidroeléctrica, o para abastecimiento público, entro otros. Esta obra hidráulica constituye generalmente el inicio para el aprovechamiento hídrico.

Bocatoma del proyecto especial Chinecas.

Las bocatomas suelen caracterizarse principalmente por 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 m3 /s.

3.1.2. TIPOS DE BOCATOMAS 3.1.2.1. SEGÚN EL NIVEL DE TOMA CON RESPECTO AL RÍO  

Toma con nivel libre. Toma de captación profunda.

3.1.2.2. SEGÚN EL EMPLAZAMIENTO DE LA TOMA CON RESPECTO AL RÍO  

Toma con captación desde una margen (lateral). Toma con captación en el río (frontal). I N G E N I E R Í A CI V I L – DI SEÑO DE OBRAS HI DRÁULI CAS

5





Toma con captación bilateral (ambas márgenes).

3.1.2.3. SEGÚN EL CRITERIO DE FUNCIONAMIENTO   

Toma permanente. Toma semipermanente. Toma rústica.

Bocatomas, según el criterio de funcionamiento.

3.1.2.4. SEGÚN LA MANERA DE COMBATIR EL INGRESO DE SÓLIDOS  

Sin ningún dispositivo especial (derivación libre), con barraje (con captación). Toma con estructuras especiales (espigones, etc.).

3.1.2.5. CLASIFICACIÓN MÁS CONOCIDA 3.1.2.5.1. TOMA DIRECTA  Se trata de una toma que capta directamente mediante un canal lateral , que por lo general es un brazo fijo del río que permite discurrir un caudal mayor I N G E N I E R Í A CI V I L – DI SEÑO DE OBRAS HI DRÁULI CAS

6





que el que se va a captar. Su mayor ventaja es que no se necesita construir un barraje o azud que por lo general constituye una de las partes de mayor costo. Sin embargo; tiene desventaja de ser obstruida fácilmente en época de crecidas, además permite el ingreso de sedimentos hacia el canal de derivación.

Toma directa (toma lateral de un canal).

3.1.2.5.2. TOMA MIXTA O CONVENCIONAL  Se trata de una toma que realiza la captación mediante el cierre del río con una estructura llamada azud o presa de derivación, el cual puede ser fija o móvil dependiendo del tipo del material usado. Será fija cuando se utiliza un elemento rígido, por lo general concreto (barraje fijo), y será móvil (barraje móvil) cuando se utilizan compuertas de acero o madera.  La captación en ese tipo de bocatomas se realiza por medio de una ventana que puede funcionar como orificio o vertedero dependiendo del tirante en el río.

I N G E N I E R Í A CI V I L – DI SEÑO DE OBRAS HI DRÁULI CAS

7



(Barraje fijo) Barra e movil

Bocatoma mixta (barraje móvil y fijo).

3.1.2.5.3. TOMA MÓVIL  Se llama así aquella toma que para crear la carga hidráulica se vale de un barraje móvil. Son tomas que por la variación de niveles en forma muy marcada entre la época de estiaje y avenida, necesitan disponer de un barraje relativamente bajo, pero que para poder captar el caudal deseado necesitan de compuertas que le den la cota a nivel de agua adecuado.  A los barrajes con compuertas que permiten el paso del caudal de avenida a través de ellos se les conoce como barraje móvil. Su principal ventaja es que permite el paso de los materiales de arrastre por encima de la cresta del barraje vertedero o azud.

Bocatoma con barraje móvil.


8



3.1.2.5.4. TOMA TIROLESA O CAUCASIANA  Son tomas cuyas estructuras de captación se encuentran dentro de la sección del azud, en un espacio dejado en él, protegido por una rejilla que impide el ingreso de materiales gruesos. Estas tomas no son recomendables en ríos donde el arrastre de sedimentos es intenso, ya que podrían causar rápida obstrucción de las rejillas.  Conviene comentar que la gran mayoría de ríos del Perú son muy jóvenes y arrastran gran cantidad de sedimentos en épocas de crecidas, por lo que la construcción de este tipo de tomas debe ser donde las condiciones lo favorezcan.

REJILLA

Bocatoma Tirolesa, se pueden apreciar las rejillas.

Para concluir el tipo de bocatoma más recomendable para realizar la captación de un caudal determinado previamente, depende de la altura del vertedero, de las condiciones de la cimentación, del flujo en el río, remanso aguas arriba, de la disponibilidad de los materiales de construcción y del monto del dinero asignado para la ejecución de la obra.

3.1.3. ELEMENTOS BOCATOMA

QUE

CONSTITUYEN

UNA

Los elementos estructurales que a continuación se mencionan, pertenecen al tipo de bocatoma permanente: 1. Ventanas de captación con compuertas. 2. Canal de Limpia para evacuar sedimentos. 3. Barraje que puede ser fijo, móvil o mixto. I N G E N I E R Í A CI V I L – DI SEÑO DE OBRAS HI DRÁULI CAS

9



4. Trampas para material de fondo y rejillas para material flotante. 5. Disipadores de Energía en los cambios de régimen. 6. Aliviaderos de Demasías para evacuar los excedentes en la captación. 7. Muros de encauzamiento o muros de protección de la estructura. 8. Desrripiador y canal de purga. 9. Enrocado para evitar la erosión aguas abajo. 10. Compuertas para operación de purga y captación.

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

3.1.4. IMPORTANCIA Es necesario tener presente que la bocatoma es una estructura muy importante para el éxito de un proyecto. Si por una razón u otra se produce una falla import ante en la obra de toma, esto significaría la posibilidad del fracaso de todo el Proyecto de Aprovechamiento Hidráulico. En consecuencia, tanto el diseño como la construcción, la operación y el mantenimiento de una obra de toma deben ofrecer el máximo de seguridad.

3.1.5. FINALIDAD 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 proyecto al que sirven. Es así como se tiene: (1) Obras de toma para abastecimiento público. (2) Obras de toma para irrigación. (3) Obras de toma para centrales hidroeléctricas. I N G E N I E R Í A CI V I L – DI SEÑO DE OBRAS HI DRÁULI CAS

10



(4) Obras de toma para industria y minería. (5) Obras de toma para otros propósitos. (6) Obras de toma para uso múltiple. La clasificación anterior se refiere al uso predominante del agua. Si bien es cierto que hay bocatomas que tienen una finalidad específica, también lo es que casi siempre las bocatomas tienen, aunque sea en pequeña proporción, algún otro uso. En el Perú hay numerosas bocatomas para atender las finalidades antes señaladas. 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 antiguas de uso del agua. En los tiempos antiguos las ciudades se ubicaban en las orillas de los ríos para poder aprovechar sus aguas fácilmente. El crecimiento de la población, la expansión urbana, el aumento de las demandas y otros factores determinaron la necesidad de construir proyectos de abastecimiento de agua para la población. Estos proyectos empiezan por una bocatoma para captar el agua de un río, o de otra fuente de agua, y conducirla luego al área urbana. Las obras de toma para abastecimiento poblacional pueden ser muy pequeñas, con un Caudal de 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. Cualquiera que sea su tamaño estas obras de toma tienen gran importancia y un enorme contenido social, pues el abastecimiento de agua poblacional es insustituible. Si hablásemos de las prioridades tradicionales en el uso del agua tendríamos que luego del abastecimiento de la población viene 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. Se tiene también 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 captació n de 90 m 3 /s para generación de energía. Numerosas industrias y minas tienen sus propias bocatomas. 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. 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. I N G E N I E R Í A CI V I L – DI SEÑO DE OBRAS HI DRÁULI CAS

11



3.1.6. ASPECTOS FUNDAMENTALES A SER TOMADOS EN CUENTA PREVIO AL DISEÑO DE BOCATOMAS En el presente ítem se tratarán aquellos aspectos, referentes a tomas que captan en forma directa las aguas del río sin ninguna estructura de almacenamiento; tipo presa. Antes de iniciar el diseño de una bocatoma, se debe examinar los siguientes aspectos:

3.1.6.1. UBICACIÓN Es de suma importancia la ubicación de la bocatoma en el cauce del rió, para la que se recomienda que el sitio elegido reúna por lo menos las siguientes condiciones: (1) La dirección a ruta del flujo de agua debe ser lo más estabilizada o definida. (2) La captación del agua a ser derivada debe ser posible aún en tiempo de estiaje. (3) La entrada de sedimentos hacia el caudal de derivación debe ser limitada en el máximo posible. Un punto recomendable para cumplir las condiciones anteriores, se encuentra ubicado inmediatamente aguas abajo del centro de la parte cóncava en los tramos curvos del río.

Ubicación de una Toma en tramos curvos.

Lógicamente, este punto estará condicionado a cumplir l as condiciones topográficas (cota de captación), condiciones geológicas y geotécnicas, condiciones sobre facilidades constructivas (disponibilidad de materiales), evitar posibles i nundaciones a daños a construcciones vecinas, etc. Existe posibilidad de efectuar con una I N G E N I E R Í A CI V I L – DI SEÑO DE OBRAS HI DRÁULI CAS

12



bocatoma con dos captaciones, o sea que se va a regar utilizando una misma estructura las dos márgenes, en este caso se recomienda la ubicación del barraje estará en un tramo recta del río.

3.1.6.2. TOPOGRAFÍA Definida la posible ubicación, se realizarán los siguientes trabajos topográficos: (1) Levantamiento en planta del cauce del río, entre 500m. a 1000m; tanto aguas arriba como aguas abajo del eje del barraje, la escala recomendada es 1:2000. (2) Levantamiento localizado de la zona de ubicación de la bocatoma, se recomienda un área de 100m. x 100m. como mínimo, la escala no debe ser menor de 1:500. (3) Perfil longitudinal del río, por lo menos 1000m, tanto aguas arriba como aguas abajo del eje del barraje; la escala recomendada es H = 1:2000 Y V = 1:200. (4) Secciones transversales del cauce del río a cada 50m. en un tramo comprendido 1000m. aguas arriba y 500m. aguas abajo del eje del barraje; la escala variara entre 1:100 y 1:200.

3.1.6.3. CONDICIONES GEOLÓGICAS Y GEOTÉCNICAS Es importante conocer las condiciones geomorfológicas, geológicas y geotécnicas, ya que su conocimiento permitirá dimensionar en mayor seguridad la estructura; por lo que se recomienda la obtención de los siguientes datos como resultado de los estudios geológicos – geotécnicos: (1) Curva de graduación del material conformarte del lecho del río. (2) Sección transversal que muestre la geología de la zona de ubicación de la bocatoma. (3) Coeficiente de permeabilidad. (4) Capacidad portante. (5) Resultados sobre ensayos de hincado de pilotes o tablestacas. (6) Cantidad de sedimento que transporta el río.

3.1.6.4. INFORMACIÓN HIDROLÓGICA Es de suma importancia conocer el comportamiento hidrológico del río, ya que esto permitirá garantizar el caudal a derivar y así como definir el dimensionamiento de los elementos conformantes de la bocatoma. Entre los datos a obtener son: (1) Caudal del diseño para una avenida máxima. (2) Caudales medios y mínimos. (3) Curva de caudal versus tirante en la zona del barraje. Es lógico suponer que, para el proyecto de riego de la zona que va a servir la bocatoma, se ha ejecutado un estudio hidrológico detallado de las posibles fuentes de agua, por lo que se da por descontado que existe un estudio hidrológico I N G E N I E R Í A CI V I L – DI SEÑO DE OBRAS HI DRÁULI CAS

13



sumamente detallado, y que para nuestro caso, sólo se usaran los datos anteriormente recomendados.

3.1.6.5. CONDICIONES ECOLÓGICAS Siempre toda construcción en un río causa alteración del equilibrio ecológico de la zona, sobre todo en lo relacionado con la fauna. Es por esta razón que, se debe tratar de no alterar dicho equilibrio mediante la construcción de estructuras que compensen este desequilibrio causado por la bocatoma; aunque debemos reconocer que, en nuestro país estas estructuras son de costo elevado y que siempre se tratan de obviar por limitaciones presupuéstales; como por ejemplo la escalera de peces y camarones.

3.1.6.6. OTROS En este grupo se puede incluir las limitaciones u obligaciones que se deben tener en cuenta para la construcción de la bocatoma; estas son de orden legal, ya que, mediante la bocatoma por efecto del remanso que se forma, podrían inundarse terrenos aledaños o construcciones anteriores (puentes, caminos, etc.). Asimismo en algunos casos será necesario pedir autorización del Instituto Nacional de Cultura por la existencia de restos arqueológicos. Por este motivo, todo diseño se deberá ser previamente coordinado con todos los demás entes estatales y particulares que estén relacionados de alguna manera con el río donde se va a construir la bocatoma, con el fin de evitar duplicidad o generación de problemas en proyectos similares por la construcción de una estructura en el mismo cauce.

3.1.7. 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: (1) Asegurar la derivación permanente del caudal de diseño y de los caudales menores que sean requeridos. En algún caso se admite una interrupción temporal del servicio. (2) Proveer un sistema para dejar pasar la Avenida de Diseño, que tiene gran cantidad de sólidos y material flotante. En zonas sujetas al Fenómeno de El Niño es mejor utilizar un Hidrograma de Diseño. (3) Captar el mínimo de sólidos y disponer de medios apropiados para su evacuación. Muchas veces esta es la clave del diseño eficiente. (4) Estar ubicada en un lugar que presente condiciones favorables desde el punto de vista estructural y constructivo. (5) Conservar aguas abajo suficiente capacidad de transporte para evitar sedimentación. (6) Tener un costo razonable.


14



4. DESARROLLO TEMÁTICO 4.1. PILARES DE BOCATOMA 4.1.1. DEFINICIÓN Son estructuras por las que se deslizan las compuertas, también sirven de apoyo a la losa de operación.

Pilares de Bocatoma

Bocatoma con barraje móvil, los pilares de la bocatoma.

4.1.2. DISEÑO HIDRÁULICO DE UN PILAR 4.1.2.1. LA PUNTA O TAJAMAR Ka de forma generalmente triangular o redondeada, para ofrecer la menor resistencia a la corriente. CUADRO N° 1.- Factor de forma Ka, para pilares. PILARES DE TAJAMAR FORMA

Ka

Cuadrado

0.02

Redondo

0.01

Triangular

0.00


15



4.1.2.2. LA ALTURA DEL PILAR La altura del pilar (Hp) Debe ser tal que en ningún momento el agua cubra los mecanismos de izaje o de losa de operación.

=1.25+ P

: Altura del aliviadero sobre fondo del río.

Ho

: Carga de diseño.

4.1.2.3. LONGITUD DE LOS PILARES En el sentido de la corriente debe ser por los menos hasta la terminación de la poza. La altura H, es variable de la misma manera que el borde libre de la poza.

4.1.2.4. ESPESOR DEL PILAR (e) El espesor del pilar para el predimensionamiento es:

 = /4 ; :    El pilar debe llevar dos ranuras. Una de ellas (la de más aguas arriba) sirven para colocar las ataguías, que son compuertas provisionales que se colocan sólo en el caso de reparación o mantenimiento de las compuertas permanentes.

4.1.3. ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE UN PILAR Para analizar estructuralmente un pilar de bocatoma, se debe seguir lo siguiente: 1. Debe trabajar a compresión (la resultante en el núcleo central) la situación más desfavorable es considerar cerrada una compuerta, actuando el empuje del agua en una de las caras del pilar. El análisis debe hacerse para la máxima carga de agua en el río y a diferentes alturas del pilar. Las fuerzas actuantes son: ab = bc = cd = 1/3 e


16



Fuerzas que se presentan en el pilar.

Donde: FH

: Empuje del agua.

W

: Peso del pilar más zapata más el peso de la losa de operación en su área de influencia.

SV

: Fuerza del sismo vertical

SH

: Fuerza del sismo horizontal

VC

: Fuerza del sismo cobre el agua

SP

: Subpresión

FV

: Peso del agua actuando sobre la cimentación


17



Detalle en planta de la distribución del empuje del agua (sobre la compuerta y el pilar)

2. Chequear la capacidad portante del terreno. 3. Deslizamiento: Si es solo una compuerta deberá considerarse la mitad del empuje sobre la compuerta que es transmitida a la ranura del pilar que actúa como apoyo. Además se tiene el empuje del agua en la parte frontal del pilar. El análisis también debe hacerse para diferentes alturas y en la base  

Detalle en planta de las fuerzas que actúan en el pilar.


18



Distribución típica de aceros en el diseño del pilar.

4. Colocar acero de temperatura en ambas caras, un delable de refuerzo en las ranuras (aquí existe concentración de esfuerzo, siendo las zonas críticas porque debilitan el pilar). 5. f’c = 210 kg/cm2.

Refuerzo de acero en la ranura del pilar Detalle del refuerzo de acero en la ranura.


19



4.2. VENTANAS DE CAPTACIÓN DE BOCATOMA 4.2.1. DEFINICIÓN La captación de agua se realiza mediante una abertura llamada ventana de captación, debido a que se encuentra a una altura de 0.60 m. del piso del canal de limpia como mínimo. Sus dimensiones son calculadas en función del caudal a derivar y de las condiciones económicas más aconsejables.

Ventana de captación.

4.2.2. CONSIDERACIONES DE UNA VENTANA DE CAPTACIÓN Para dimensionar la ventana de captación se debe tomar en cuenta las siguientes recomendaciones: ho

: altura para evitar ingreso de material de arrastre; se recomienda 0.60 m. como mínimo. Otros recomiendan ho > Ho/3, aunque es obvio que cuanto mayor sea ho menor será el ingreso del caudal sólido.

h

: altura de la ventana de captación; es preferible su determinación por la fórmula del vertedero.

=..ℎ/ Donde: Q

: caudal a derivar más caudal necesario para operación del sistema de purga. I N G E N I E R Í A CI V I L – DI SEÑO DE OBRAS HI DRÁULI CAS

20



C

: coeficiente de vertedero, en este caso 1.84

L

: longitud de ventana que por lo general se asume entre 3 a 4 m.

En conclusión; los parámetros de la ventana de captación están íntimamente relacionados, pero siempre es necesario tener en cuenta el factor económico en el diseño. Otras recomendaciones de diseño: -

Para evitar la entrada de piedras de arrastre del fondo del río, la cresta de captación debe estar de (1.25 a 1.50) mínimo sobre el fondo del río. La cota de la cresta de captación se colocará a 0.30 m. debajo de la cota de la cresta del aliviadero de demasías. La entrada de agua por las ventanas de captación pueden ser por orificios o por vertederos. Entrada por Orificio: Se construye una pantalla como indica la IMAGEN N° 16, de modo que la abertura del orificio sea de 0.35 m. Los 5 cm. de abertura adicionales sobre la cresta del aliviadero de demasías es para evitar interferencia del flujo de la napa de agua para condiciones normales de operación de la bocatoma cuando la cota del embalse coincide con la cota de la cresta del aliviadero de demasías en esto caso la captación es como VERTEDERO.

Perfil de un vertedero (compuerta de toma) -

En épocas de avenidas el agua en el embalse, sube por encima del labio superior del orificio y funcionando éste como tal. En el caso de funcionar la captación siempre como vertedero, el control para épocas de avenidas máximas, sería menos efectivo que en el caso del orificio ya que para igualdades de carga en el embalse, mayor cantidad de agua entra a la captación por vertedero ya que la capacidad de un vertedero está en relación a la carga H3/2 mientras un orificio lo es a la H ½. I N G E N I E R Í A CI V I L – DI SEÑO DE OBRAS HI DRÁULI CAS

21



-

Sin embargo cuando se quiere obtener dentro de ciertos límites la mayor captación posible, sobre todo en avenida puede ser útil este caso, teniéndose compuertas tipo vertedero ( compuerta de captación de la Bocatoma Raca Rumi - Proyecto Tinajones).

4.2.3. DISEÑO HIDRÁULICO DE UNA VENTANA DE CAPTACIÓN Comprende: a. b. c. d.

Dimensión del orificio y conducto. Determinación del gasto máximo que puede pasar por las compuertas. Determinación de la capacidad del mecanismo elevador. Diseño de la transición que une la salida de la toma con el canal de riego.

4.2.3.1. DIMENSIONES DEL ORIFICIO Y CONDUCTO Para un mejor funcionamiento hidráulico de la Bocatoma, conviene que el oficio trabaje ahogado: sumergido y es recomendable que como mínimo se tenga un ahogamiento de 10cm; en esas condiciones la fórmula:

= 2ℎ Donde: Q

: Gasto de derivación o gasto normal en la toma (m 3/s).

C

: Coeficiente de descarga. (C = 0.60) considerado ahogados en anteproyectos.

A

: Área del orificio (m2).

g

: 9.81 m/s2.

h

: Carga del orificio en m.

para

oficios

Dependiendo de la magnitud del gasto, el área necesaria, podrá dividirse en uno o más orificios y así también será el número de compuertas que se tenga en la toma. Determinación de las dimensiones y número de compuertas: Se consideró un h = 0.10 m. y se calcula el área para tener una idea de su valor. De acuerdo con este valor se podrá saber si conviene más de una compuerta y además seleccionar sus dimensiones usuales o comerciales, consultante los manuales.

 = /  2ℎ Determinación de la carga del orificio:


22



  ℎ = 2    Otra forma: suponer la velocidad del orificio V = 0.50 – 1.00 m/s, y calculamos el área correspondiente con la fórmula de continuidad:

 = / 4.2.3.2. DETERMINACIÓN DEL GASTO MÁXIMO QUE PASARÁ POR LA COMPUERTA

K

Perfil de la compuerta de Ventana de captación.

=+ℎ -

,

ℎ=

Gasto que pasa por el orificio: Gasto por el canal:

 =  2ℎ  =  ∗ 

Por Manning:

  1  =  ∗  = () ∗  ∗  ∗  En cualquier momento y de acuerdo a la ley de Continuidad:

 =    1   2 ℎ=() ∗  ∗  ∗  Procedimiento de tanteos:   

Se supone un valor del tirante "d" en el canal y se calcula su gasto Qc. Se calcula la carga "h" según "d", es decir h = K – d Con "h" determinado, se calcula Qo. I N G E N I E R Í A CI V I L – DI SEÑO DE OBRAS HI DRÁULI CAS

23







El valor será cuando se encuentre el mismo valor tanto para el canal como para el orificio. FLUJO SUMERGIDO (Ahogado)

Compuerta sumergida.

C = 0.60

.ó =  . +  + ℎ = 2ℎ  =    =0.60∗3∗1.20∗0.55∗ √ 19.60∗0.35  = 3.00 /   ℎ = 2    = 0.33 

ℎ′=ℎ+ℎ

hf

Cota del aliviadero:

: perdida de carga en la embocadura (ingreso de la

bocatoma).

ℎ = 0.33 + 0.03 = 0.35 


24





FLUJO LIBRE

Compuerta a flujo libre.

 =  ∗  ∗  2ℎ C = 0.60

=0.60∗3∗1.20∗0.55∗√19.62∗0.325  = 3.00 / El caudal que ingresa al canal con el nivel de operación debe darnos un tirante que dé como resultado:

 =5.262 √   =  ∗  ∗  ∗ 

 = 


25



Perfil típico de la compuerta para toma.

. = . +  + ℎ Donde: Elev. P

: Elevación de la plantilla del canal en su inicio (se calcula previamente).

d

: Tirante del mismo canal.

h

: Carga hidráulica del orificio de la toma.

. = .. + ∆ + ∑ ℎ Donde: Elev. Z. R

: Elevación zona de riego o de la rasante en el inicio de la zona de riego.

Δ C

: Desnivel que requiere el canal según las pendientes y longitud de los mismos.

Ʃh

: Suma de energías necesarias para el funcionamiento de la estructura de arte en general del trayecto.


26



4.3. MUROS DE ENCAUZAMIENTO Y ESTRIBOS DE BOCATOMA 4.3.1. DEFINICIÓN Son estructuras que permiten encauzar el flujo del río entre determinados límites con el fin de formar las condiciones de diseño pre-establecidas (ancho, tirante, remanso, etc.). Son estructuras que se construyen aguas arriba y aguas abajo del barraje en ambas márgenes para encauzar el flujo del rio y proteger las obras de la toma.

Muros de encauzamiento.

4.3.2. CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE MUROS DE ENCAUZAMIENTO Y ESTRIBOS PARA MUROS DE ENCAUZAMIENTO

Estas estructuras pueden ser de concreto simple o de concreto armado. Su dimensionamiento está basado en controlar el posible desborde del máximo nivel del agua y evitar también que la socavación afecte las estructuras de captación y derivación. I N G E N I E R Í A CI V I L – DI SEÑO DE OBRAS HI DRÁULI CAS

27



En lo referente a la altura de coronación que estas estructuras deben tener, se recomienda que su cota superior esté por lo menos 0.50 m por encima del nivel máximo de agua. Con respecto a su cota de cimentación, se recomienda que ésta debe estar por debajo o igual a la posible profundidad de socavación. Con la altura definida se puede dimensionar los espesores necesarios para soportar los esfuerzos que transmiten el relleno y altura de agua; es práctica común diseñar al volteo, deslizamiento y asentamiento.

4.3.3. DISEÑO HIDRÁULICO DE ENCAUZAMIENTO Y ESTRIBOS

MUROS

DE

ALTURA TOTAL DE ESTRIBOS Y MUROS DE ENCALZAMIENTO

 = 1.25  +  H

: altura total de los estribos y muros de encabezamiento

P

: altura del aliviadero de demasías.

Ho

: Carga hidráulica de diseño sobre el aliviadero (incluye h v).

Aguas arriba del aliviadero la altura, de los estribos decrecerá en forma discreta para los pilares. DISEÑO DE MUROS DE ENCAUZAMIENTO (ESTRIBOS)

MUROS DE GRAVEDAD:

Concreto ciclópeo/mampostería f´c = 140 Kg/cm2 + 40% Piedra gruesa Diam.

   

≤

4"

Resultante en el núcleo central Caso más desfavorable: no hay agua. Fuerzas que actúan: Empuje de tierras, sismo, peso de la estructura. El estribo debe terminar por lo menos al final de la poza y aguas arriba delante del paramento del aliviadero.


28



Forma Trapezoidal:

Fuerzas a la que los muros, están expuestas (muro de sección trapezoidal).

Dimensiones mínimas de muros de encauzamiento y estribos de sección trapezoidal.


29



4.3.4. ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE MUROS DE ENCAUZAMIENTO Y ESTRIBOS ESFUERZOS PERMISIBLES

FLEXIÓN: COMPRESIÓN: CORTANTE:

 = 1.33 ∅ ′  = 0.85 ∅ ′  = 0.53 ∅ ′

∅=0.65 ∅=0.70 ∅=0.85

EMPUJE DEL SUELO:

==0.5 Según Rankine:

 = cos=  =    =  Donde:

 ∅ cos  cos  =cos∗ cos   ∅ Cuando B = 0.

=45 ∅2 Ka

: Coef. De empuje activo.

Kp

: 1/Ka, coef. De empuje pasivo.

W

: Peso específico del material.


30



VALORES RECOMENDADOS POR DUNHAM

Ø

: Ángulo de fricción interna en grados.

Fr : Coef. de fricción entre suelo y base del muro.

ESTABILIDAD DEL MURO

 ≥1.50 ..= ∑∑ ..=  =   ∑  Ubicación de la resultante en la bañe:

; =/2̅ ̅ = ∑−∑ ∑ Verificación de corte y tensión en la punta:

 =  ∗  + á   ∗/2 (actuante) =0.5 ∗   á   ∗ /3 (actuante) X = AB Fc1=Mc / l=6M / bh2

(actuante)


31



VERIFICACIÓN ESFUERZOS EN TRACCIÓN EN LA UNIÓN DEL MIEMBRO Y LA BASE No considerar P/A debido a Pav ni el peso del muro Usar los momentos debido a Pah y W y sumar momentos en el punto s F tensión = 6M / bh2 F compresión = P / A + 6M / bh2

4.4. BOCATOMAS EJECUTADAS Las obras de captación, en el Perú se llama «bocatoma» a la estructura de captación directa del agua de los ríos con fines de riego, generación de energía o para uso doméstico e industrial. Muchas de las bocatomas que existen en el país están ubicadas desde sus orígenes en el mismo sitio, lo cual se deduce por los vestigios de «canales del inca» encontrados a lo largo del trazo de los construidos en tiempos modernos, que dan fe de una obligatoria superposición de la nueva obra de captación con la primigenia ya desaparecida, casos por ejemplo de Huallabamba, Raca Rumi, Taymi, La Mochica, Talambo, La Achirana y muchos más. La mayoría de las bocatomas construidas en el Perú a partir del segundo tercio del siglo XX cuentan con una presa de derivación, canales de limpia, ventanas de captación y transición de entrega al canal de conducción. Todos estos componentes de la bocatoma se construyen actualmente de concreto en sus dos formas: sin refuerzo y con refuerzo de acero (concreto armado). El Cuadro siguiente, contiene la relación de las más importantes bocatomas de la costa del Perú yendo de norte a sur, donde se aprecia claramente que los caudales de agua captados en los ríos del extremo norte del país, son bastante mayores que los captados en los del extremo sur como consecuencia de la marcada escasez del I N G E N I E R Í A CI V I L – DI SEÑO DE OBRAS HI DRÁULI CAS

32



recurso en la región meridional del Perú. Lo que también es oportuno resaltar, es haberse utilizado centenares de miles de toneladas de concreto al construirlas. CUADRO N° 2.- RELACIÓN DE LAS MÁS

IMPORTANTES BOCATOMAS DE LA COSTA DEL PERÚ. N° NOMBRE (PROYECTO) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

RÍO

DEPARTAMENTO

Sullana Miguel Checa Zamba Chipillico Los Egidos Raca Rumi La Puntilla Talambo - Zaña Cañon del Pato Chavimochic La Huaca La Víbora Matucana Tamboroque Chosica La Atargea La Achirana Tuti

Chira Chira Quiroz Chipillico Piura Chancay Chancay Jequetepeque Santa Santa Santa Santa Rímac Rímac Rímac Rímac Ica Colca

Piura Piura Piura Piura Piura Lambayeque Lambayeque La Libertad Ancash Ancash Ancash Ancash Lima Lima Lima Lima Ica Arequipa

Pital La Joya Charcani I Charcani II Charcani III Charcani IV Charcani V Otora Torata Ancoaque

Siguas Chili Chili Chili Chili Chili Chili Huacarane Tumilaca Maure

Arequipa Arequipa Arequipa Arequipa Arequipa Arequipa Arequipa Moquegua Moquegua Tacna

NOTA:

CAUDAL DE CAPTACIÓN (m3/s) 25.5 MD 7.0 MI 19 70 70/10 (*) 60 5 70 2 48 105 35 12 12 12 22 25 26 34 20.0 MD 12.0 MI 15 6 6 6 8 8 7 7 12

PROPÓSITO PRINCIPAL Irrigación Irrigación Irrigación Irrigación Irrigación Irrigación Irrigación Irrigación Energía Irrigación Irrigación Irrigación Energía Energía Energía Agua potable Irrigación Irrigación Irrigación Irrigación Energía Energía Energía Energía Energía Irrigación Irrigación Irrigac.Energía

MD (margen derecha), y MI (margen izquierda) (*) Inicilmente 70/actualente 10

Con relación a la sierra y la ceja de selva cabe mencionar, que entre las numerosas obras de captación allí construidas, las más importantes yendo igualmente de norte I N G E N I E R Í A CI V I L – DI SEÑO DE OBRAS HI DRÁULI CAS

33



a sur son las siguientes, debidamente identificadas por su objetivo, (nombre) y ubicación; bocatomas para las irrigaciones de Amojao-Bagua Chica (Nicaragua) y de Cajabamba, ambas en el departamento de Cajamarca; bocatoma para la irrigación de Saposoa y Sisa en el departamento de San Martín; bocatomas para las irrigaciones Kotosh y Cachicoto en el departamento de Huánuco; bocatomas para las centrales hidroeléctricas de Yaupi y Yuncán (esta última en etapa de construcción) las dos en el departamento de Paseo; bocatomas para la irrigación de ambas márgenes del río Mantaro, la izquierda (Ataura) y la derecha (Angasmayo), así como la de Chupaca (Huarisca), las tres en el departamento de Junín; bocatomas para el proyecto de propósito múltiple Cachi (Chicllarazo) en el departamento de Ayacucho; bocatoma para la central hidroeléctrica de Machupicchu en el departamento del Cusco, y la bocatoma para la central hidr oeléctrica de San Gabán II en el departamento de Puno. A continuación, algunas de las Bocatomas más importantes del norte del Perú

4.4.1. BOCATOMA CHAVIMOCHIC ESPECIAL CHAVIMOCHIC)

(PROYECTO

Se encuentra en La Libertad – Perú, tiene una capacidad de 105 m 3/s, permite la captación de agua del río Santa, está ubicada a una altitud de 412 msnm, capacidad máxima de diseño es 3000 m 3/s, pose barraje fijo y barraje móvil (tres compuertas radiales), sirve para el riego de 144 000 ha de terrenos. La Bocatoma del proyecto Chavimochic, es definida como una estructura convencional de barraje mixto (fijo y móvil), de captación dir ecta, con doble rebose y con colchones disipadores de energía.


34



Construcción de la bocatoma Chavimochic.

Esquema general del proyecto especial Chavimochic, de las Etapas I y II.


35



Bocatoma Chavimochic.


36



4.4.2. BOCATOMA LA VÍBORA (PROYECTO ESPECIAL DE IRRIGACIÓN CHINECAS) Se encuentra ubicado en el departamento de Ancach – Perú, en el margen izquierdo del río Santa, a una altitud de 119 m.s.n.m. situada a 26 Km, de la carretera Santa – Huallanca, adicionando 5 Km. De penetración hacia el río. Permite una captación de un caudal de 35 m 3/s. La Bocatoma "La Víbora" y obras complementarias (desarenador y canal de aducción o entrada) son parte del Proyecto Chinecas. Este importante proyecto de irrigación del norte del Perú, comprende: Construcción de la Bocatoma, canal aductor y desarenador. La presa de derivación se ubica en el río Santa, para una máxima avenida de diseño de 2400 m 3/s, Bocatoma de Captación y Canal de Entrada con capacidad de 12 m3/s. Ancho total de barrajes 250 m. Long. Canal aductor 2.35 km.

Bocatoma la víbora.

Está emplazada en el cauce del río del mismo nombre, con la finalidad de permitir el mejoramiento de riego de 6 680 ha y el abastecimiento de agua potable a la ciudad de Chimbote y otras localidades aledañas. El barraje móvil diseñado para permitir el paso de hasta 1250 m 3/s está conformado por 5 compuertas radiales de 8.60 m. x 3.90 m; el barraje fijo es un vertedero de cimacio tipo Creager de 6.50 m de longitud y 193 m. de ancho dimensionado para permitir el paso de hasta 1150 m 3/s.


37



Vista aérea de la Bocatoma la Víbora.

La captación está constituida por tres ventanas de 4.00 m de largo por 1.50 m de altura que permiten derivar hasta 12 m 3/s incluye el desgravador de 15.50 m. de largo, ancho variable entre 14 y 9 m. El servicio abarcó la preparación de los planos detallados de arquitectura hidráulica y estructural, así como la ingeniería básica del equipamiento electromecánico, también se preparó el Manual de Operación y Mantenimiento de las obras.

4.4.3. BOCATOMA LA HUACA (PROYECTO ESPECIAL DE IRRIGACIÓN CHINECAS) Se encuentra ubicado en el departamento de Ancach – Perú, en el margen izquierdo del río Santa, alcanza una altitud de 232 m.s.n.m. situada en la altura del Km. 42 de la carretera Santa – Huallanca, en la zona de Vinzos, asegura una captación de agua de hasta 35 m3/s.


38



Bocatoma La Huaca.

Comprende un barraje móvil con capacidad de 1 250 m 3/s, 5 compuertas radiales de 8.95 x 4.69 m, 1 Compuerta de limpia de 4.98 x 5.31 m, un barraje fijo para 1 250 m3/s, y un vertedero de 200 m de largo. En todos los puntos de medida hay operadores. Cada hora se controla el caudal. El mantenimiento del canal se realiza cada 6 meses. Por la ventana de captación pasan 35 m3/s. El canal de derivación debe llega hasta Casma, pero actualmente está pasando Nepeña y faltan 46 km para que pueda llegar hasta el Rio Sechin, en ese lugar desemboca y debe descargar aproximadamente con 2 m 3/s.

Vista aérea de la Bocatoma la Huaca.


39



4.4.4. BOCATOMA LA ACHIRANA (SISTEMA DE RIEGO LA ACHIRANA) Ubicada en el distrito San José de los Molinos, departamento de Ica – Perú.

Bocatoma La Achirana.

Y que tiene como objetivo primordial el de suministrar adecuadamente el agua superficial libre de arena, piedras y malesa para que las aguas discurran libremente a fin de asegurar las próximas campañas agrícolas de este valle. Capta las aguas del incaico canal La Achirana, para irrigar 15 mil hectáreas de tierras del valle de Ica, como Parcona, La Tinguiña,Los Aquijes, Pueblo Nuevo, Tate, Pachacutec, Santiago, Ocucaje y San José de Los Molinos. Su capacidad de captación es de 50 metros cúbicos por segundo. Fue construida por IVC Contratistas Generales, por encargo del Gobierno Regional de Ica, e inaugurada en diciembre del año 2014. Con una inversión de 32 millones 341 mil 500 soles, fue inaugurado el nuevo sistema de riego La Achirana Nueva Bocatoma, en el distrito de San José de los Molinos (región Ica).


40



Vista del barraje fijo de la Bocatoma La Achirana.

4.5. PROBLEMÁTICA QUE PUEDEN PRESENTAR LAS BOCATOMAS En los grandes aprovechamientos hidráulicos el costo de la bocatoma representa sólo un porcentaje muy pequeño del costo total del proyecto. La consecuencia práctica de este hecho es que no se debe escatimar esfuerzos ni tratar de obtener una “estructura económica”, sino que se debe buscar el máximo de seguridad. Para

el estudio de una bocatoma es necesario tener en cuenta que un río transporta lo siguiente: (1) Agua proveniente de la precipitación que ocurre en la cuenca. (2) Sólidos, también llamados sedimentos, provenientes de la erosión de la cuenca. (3) Hielo, en los lugares que existen. (4) Cuerpos extraños como árboles, plantas, basura y desperdicios. Los tres primeros aspectos mencionados constituyen las funciones naturales de un río. El transporte de cuerpos extraños constituye una función no natural, pero que desgraciadamente es muy frecuente entre nosotros. En general, el diseño y operación de una bocatoma en muchos de los ríos de la costa peruana presenta problemas especiales debido, entre otras, a las siguientes cuatro circunstancias: (1) Inestabilidad fluvial e irregularidad de las descargas. (2) Insuficiente información hidrológica. I N G E N I E R Í A CI V I L – DI SEÑO DE OBRAS HI DRÁULI CAS

41



(3) Gran transporte sólido y de cuerpos extraños. (4) Aparición eventual del Fenómeno de El Niño (FEN). A continuación se ofrece algunos comentarios sobre los cuatro problemas mencionados. Para que una obra de derivación sea estructuralmente estable es condición indispensable que el tramo fluvial en el que se halla ubicada lo sea. De acá la necesidad frecuente de obras de encauzamiento asociadas a la obra de toma. Durante las grandes avenidas ocurre frecuentemente que los ríos se desbordan, hay cambios de recorrido, aparición de brazos y otras muestras de la inestabilidad fluvial propia de los ríos jóvenes. Ocurre algunas veces que al producirse uno de los fenómenos señalados la bocatoma se queda “en seco”, resulta burlada y,

ciertamente, fuera de servicio aunque sin sufrir daños. En consecuencia, como parte del estudio de una bocatoma se suele hacer un cuidadoso estudio de hidráulica fluvial en el tramo comprometido. Otro de los problemas serios que se presenta frecuentemente en el diseño de una bocatoma se origina en la presencia de eventos hidrológicos extremos: a veces grandes avenidas y otras veces gran escasez de agua. Las grandes avenidas crean una serie de problemas hidráulicos y estructurales que deben ser debidamente evaluados. Algunas cuencas tienen fenómenos particulares que no pueden dejarse de lado. Un buen ejemplo de esto es la cuenca del río Santa donde la ocurrencia de aluviones y las especiales características de geodinámica externa de la cuenca determinan que una estructura construida sobre el lecho fluvial sea muy vulnerable a eventos cuya frecuencia y magnitud no pueden calcularse. En estos casos el evento más desfavorable para la bocatoma no es necesariamente la avenida calculada con un periodo de retorno grande. La escasez de agua también crea problemas, pues en esas oportunidades hay que captar gran parte, o la totalidad, del agua presente en el curso principal, lo que puede ser inconveniente. De otro lado, sabemos que para efectuar un diseño con alta probabilidad de éxito habría que tener, entre otras informaciones, un amplio y confiable registro de datos de campo. Es muy frecuente que en nuestros proyectos la información hidrológica sea escasa y de baja confiabilidad. Generalmente se tiene series históricas muy cortas, lo que da inseguridad en el cálculo de las grandes avenidas y, como consecuencia, en el cálculo del periodo de retorno de la avenida de diseño. Por lo general los ríos transportan grandes cantidades de sólidos, sea como fondo o de suspensión. Durante las avenidas estas cantidades se incrementan enormemente y constituyen una serie dificultad para el diseño y operación de las bocatomas en la s que se debe captar agua con la mínima cantidad posible de sólidos. El estudio del transporte de sedimentos y de las maneras de eliminar los sólidos en la captación son aspectos importantes del diseño de una bocatoma. Hay también muchos proyectos en los que la presencia de cuerpos extraños, como basura y desperdicios, causan un daño grande en las captaciones. El manejo de los sólidos es un asunto importante en el diseño de una bocatoma. En general, la bocatoma debe diseñarse I N G E N I E R Í A CI V I L – DI SEÑO DE OBRAS HI DRÁULI CAS

42



de modo que no ingresen al sistema los sólidos de mayor tamaño. Será inevitable que los finos ingresen. Para su eliminación se dispone a continuación de la bocatoma un desarenador. Es por eso que el sistema bocatoma – desarenador conviene estudiarlo sedimentológicamente como una unidad. El Fenómeno de El Niño (FEN) es un fenómeno natural que representa para la ingeniería, la economía y las actividades humanas en general, una modificación transitoria, eventualmente fuerte, y algunas veces desastrosa, del clima predominante en una parte importante del planeta. Las bocatomas de la costa peruana han sufrido en mayor o menor grado el impacto del Fenómeno de El Niño. Algunas han sido destruidas, otras han sufrido fuertes daños y han salido de servicio, y, muchas de ellas, han necesitado importantes reparaciones. El resultado de la falla de una bocatoma afecta todo el proyecto que depende de ella, con los consiguientes gastos de reconstrucción o rehabilitación de la estructura y los originados por la interrupción del servicio. Muchas veces la interrupción del servicio tiene consecuencias no sólo económicas, sino sociales, pues la falta de agua es mortal para los seres vivos. Por lo tanto, la relación entre el Fenómeno de El Niño y las bocatomas es un problema real de ingeniería civil que requiere de una atención especial. Luego del mayor conocimiento que en la actualidad tenemos acerca del FEN resulta evidente que sus efectos no pueden dejar de considerarse en el diseño de una obra de derivación importante. La rapidísima mención de los cuatro puntos anteriores nos da una idea de la gran cantidad y diversidad de problemas que hay que enfrentar y resolver para diseñar una obra de toma.


43



5. CONCLUSIONES El tema de las bocatomas no es sencillo. Se requiere la consideración de muchos aspectos entre los cuales están los teóricos, experimentales y prácticos. En el presente se ha presentado no sólo una visión general del diseño de bocatomas, sino que también se ha enfatizado su importancia en un proyecto de aprovechamiento hidráulico. Debe tenerse presente que en el planeamiento, diseño, construcción, operación y mantenimiento de una bocatoma la ingeniería civil tiene un papel muy importante, pues se emplea a plenitud. Previo al diseño de una bocatoma se tiene que hacer un estudio cuantificado de Hidrología, Topografía, Transporte de sedimentos, Geología, etc., en el sector de emplazamiento de la toma.


44

PILARES, VENTANAS DE CAPTACIÓN, Y MUROS DE ENCAUZAMIENTO DE BOCATOMAS

Recommend Documents