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DEFINICIÓN Y ANÁLISIS LAS PARTICULARIDADES Y LOS DIFERENTES TIPOS DE BOCATOMAS.
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DISEÑO DE BOCATOMADescripción completa
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UNIVERISADAD NACIONAL DE CAJAMARCA
UN()E&(*A* NA"(ONAL *E "A+AMA& "A+AMA&"A "A
A,A-"(M(EN-O *E A#UA AL"AN-A&(LLA*O
ALUMNO!
"ubas luna cesar #arcia gonsales edin Me$ia galve% geiner &odriges soberon ni'on Mondragon guerrero $hon
*O"EN-E! (N#. +O/ AN-ON(O "O&ONEL *EL#A*O
Jaén, Noviembre del 2011 INRODUCCION El tema tema de las las boca bocato toma mass es siem siempr pre e ac actu tual al.. En el Perú erú hay hay en operación un gran número de obras de toma para aprovechamiento
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hidr0ulico. El dise1o de estas estructuras es casi siempre di23cil y debe recurrirse tanto a m4todos anal3ticos como a la investigación en modelos hidr0ulicos. La observación y an0lisis del comportamiento de las obras de toma en 2uncionamiento es muy importante. Los problemas 5ue se presentan en una bocatoma son mucho m0s di23ciles cuando se capta agua desde un r3o 5ue cuando se hace desde un cauce arti6cial 7canal8. Es al primer caso al 5ue nos re2eriremos principalmente de ac0 en adelante. El propósito 2undamental del traba$o de bocatoma es el de recolectar agua desde uno o varios puntos y concentrar este caudal en un solo punto! la entrada a la tuber3a. i el agua est0 sucia9 tendr0 5ue de$0rsele asentar9 relativamente 5uieta por un periodo de tiempo. El número de posibles 2ormas de dise1o de una bocatoma para una 2uente es in6nito9 in:uenciado por 2actores tales como9 material disponible9 caudal de 2uente9 nivel de creciente9 estabilidad del suelo9 topogra23a de la %ona9 etc. Este cap3tulo presentara varios dise1os di2erentes9 todos los cuales se han usado con 4'ito en el pasado y por medio de los cuales el dise1ador podr0 modi6car y desarrollar una bocatoma adecuada para su propio sistema.
!eneralidade" Las presas derivadoras llamadas tambi4n toma9 bocatoma o a%ud son estructuras 5ue se construyen para levantar el nivel del tirante de agua de un cauce con la 6nalidad de derivar una parte del caudal del r3o a un canal para utili%ar el agua en proyectos de irrigación9 generación de energ3a hidroel4ctrica o de abastecimiento de agua potable. Las obras de derivación m0s rudimentarias son las 5ue construyen los campesinos mediante un estacado instalado transversalmente al rio 5ue se rellenan de piedras y material de acarreo del r3o.
O#JEIVOS$ (ng. .+os4 "oronel *elgado
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*escribir las caracter3sticas de una bocatoma9 sus 2unciones9 condiciones de dise1o. "onocer el proceso para poder reali%ar el dise1o de una bocatoma9 anal3ticamente.
#OCAOMA DE%INICI&N' Una bo(a)oma 9 o captación9 es una estructura hidr0ulica destinada a derivar desde unos cursos de agua9 r3o9 arroyo9 o canal; o desde un lago; o incluso desde el mar9 una parte del agua disponible en esta9 para ser utili%ada en un 6n espec36co9 como pueden ser abastecimiento de agua potable9 riego9 generación de energ3a el4ctrica9 acuicultura9 en2riamiento de instalaciones industriales9 etc. Las bocatomas construidas t4cnicamente constan en general de las siguientes partes! • •
"ompuerta de control y cierre de la compuerta; *ispositivo para medir los niveles9 aguas arriba y aguas aba$o de la compuerta de control. Estos pueden ser simples reglas graduadas o pueden contar con medidores continuos de nivel y trasmisores de la in2ormación al centro de operación9 el 5ue puede contar con mecanismos para operar a distancia la compuerta;
i se encuentran en r3os y arroyos9 generalmente constan tambi4n de! •
•
•
Un vertedero para 6$ar la sección del curso de agua9 tanto planim4tricamente9 como en cota9 evitando de esta 2orma la migración del curso de agua en ese punto y su socavación9 lo 5ue podr3a de$ar la bocatoma inoperante; Un canal de limpie%a9 provisto de compuertas9 para permitir el desarenamiento de la apro'imación a la bocatoma.
CLASI%ICACI&N DE LAS #OCAOMAS (ng. .+os4 "oronel *elgado
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A* #o(a)oma" dire()a"' son posibles de dise1ar en cursos de agua de 2uerte pendiente9 y cuando no se 5uiere tener una estructura costosa9 tienen el inconveniente de 5ue el lecho del rio puede variar y de$ar la toma sin agua9 igualmente en las 4pocas de estia$e al disminuir el tirante de agua en el rio puede disminuir considerablemente el ingreso de agua en la toma. #* #o(a)oma" (on barra+e" ! son las m0s empleadas ya 5ue aseguran una alimentación m0s regular9 conservan un nivel constante en la captación 5ue permite dominar una mayor 0rea regable. Estas tomas pueden presentar tres variantes! La toma con barra$e 6$o9 la toma con barra$e móvil y la toma con barra$e mi'to. Se-n "..o No/ai odemo" (la"i(ar la" bo(a)oma" en )re" )io"' #o(a)oma I3O 1$ =Es una estructura con un barra$e perpendicular a la dirección del cauce dotada de compuerta de limpia y un vertedero lateral 5ue elimina los e'cesos de agua provocados por los reg3menes de avenidas9 despu4s del cual e'iste una canaleta de desarenación con compuerta de limpia. A continuación se dispone de una re$illa met0lica 5ue evita el ingreso al canal de conducción9 de los materiales :otantes9 despu4s de la cual hay una compuerta9 gobernada manualmente por un volante 5ue se desli%a por un sin>6n para regulación de caudal. Este tipo de bocatomas tiene las siguientes venta$as! a8 *ebido a 5ue los e'cesos de agua de avenidas son controlados antes de la compuerta de captación9 4sta no necesita ser dise1ada para grandes cargas de agua9 ra%ón por la 5ue los costos disminuyen al tener dimensiones menores en el marco de la compuerta9 los muros de de2ensa9 la re$illa y la compuerta misma. b8 "uando se presentan avenidas inesperadas; estos e'cesos no a2ectan el canal de conducción. c8 Los costos de operación y mantenimiento disminuyen en este tipo de bocatoma9 al no e'istir la necesidad de un bocatomero permanente9 ya 5ue hay una regulación generada por la compuerta.
#o(a)oma I3O II$ =Es una estructura con barra$e transversal a la dirección del cauce. Alineadas paralelamente se encuentran las compuertas de limpia y de captación. *elante de estas dos compuertas e'iste un depósito de sedimentación con pendiente hacia la compuerta de limpia 5ue se abre hacia el r3o. Antes de la compuerta de captación se dispone una re$illa met0lica 5ue impide la entrada de los materiales :otantes 5ue trae el r3o. La única regulación del caudal se reali%a en la compuerta de captación.
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#o(a)oma I3O III Es una estructura similar al de la bocatoma -(PO ((9 pero en 4sta9 por condiciones propias del proyecto9 se han dispuesto dos compuertas de captación. e adoptar0n este tipo de bocatoma en los casos 5ue se necesite captar un caudal mayor. La disposición de todas las dem0s caracter3sticas es igual a la de la bocatoma -(PO ((.
%UNCIONES ADICIONALES DE UNA #OCAOMA Las bocatomas tienen a veces 2unciones adicionales a la 5ue les es propia. Ellas pueden ser! a8 &eparto de Aguas b8 Medición de "audales c8 Puente 7Peatonal o "arretero8 d8 Embalse para recreación 7Natación9 Pesca8 e8 Minicentral ?idroel4ctrica CONDICIONES DE DISE4O on varias las condiciones generales de dise1o 5ue debe cumplir una bocatoma9 cual5uiera 5ue sea su tipo o caracter3sticas. Entre las principales est0n las siguientes! a8 Asegurar la derivación permanente del caudal de dise1o y de los caudales menores 5ue sean re5ueridos. En algún caso se admite una interrupción temporal del servicio. b8 Proveer un sistema para de$ar pasar la Avenida de *ise1o9 5ue tiene gran cantidad de sólidos y material :otante. En %onas su$etas al
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)entanas de captación con compuertas "anal de Limpia para evacuar sedimentos. ,arra$e 5ue puede ser 6$o 9 móvil 7compuerta8o mi'to 7c@A@9 EN&O"A*O8. -rampas para material de 2ondo y re$illas para material :otante. *isipadores de Energ3a en los cambios de r4gimen. Aliviaderos de *emas3as para evacuar los e'cedentes en la captación. Muros de encau%amiento o muros de protección de la estructura. *esrripiador y canal de purga. Enrocado para evitar la erosión aguas aba$o. "ompuertas para operación de purga y captación.
#OCAOMA DE CA3ACI&N LAERAL Elementos de encauzamiento y cierre. u ob$eto es elevar el nivel del
agua para permitir su ingreso a la toma y al canal de derivación e impedir el desborde del r3o. . Vertedero fjo o presa derivadora. El vertedero o presa derivadora es estructuralmente un a%ud. uele llam0rsele barra$e. u 2unción es la de elevar el nivel del agua para alcan%ar el re5uerido por las necesidades de captación. El a%ud crea la carga necesaria sobre el canal de derivación para 5ue pueda ingresar el "audal de *ise1o. Es decir9 obliga al agua a entrar a la captación. B. Vertedero móvil o barraje móvil. Es una estructura compuesta por una o m0s compuertas 5ue permiten el paso de las avenidas de l35uidos y de sólidos y adem0s tiene la 2unción de eliminar los sólidos 5ue pudiesen encontrarse aguas arriba y 2rente a las ventanas de captación. La longitud total de los vertederos 6$o y móvil debe ser la necesaria para el paso de la avenida de dise1o. Elementos de descarga de avenidas . Permiten el paso de las crecidas. on
órganos de seguridad. Elementos de control de sedimentos. -ienen por ob$eto el mane$o de los
sólidos.
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UN()E&(*A* NA"(ONAL *E "A+AMA&"A Elementos de control del ingreso de agua. Permiten regular la cantidad
de agua 5ue ingresa a la derivación. Elementos de control de la erosión. Permiten disminuir la erosión y la
abrasión Elementos estructurales $ on los 5ue dan estabilidad a la obra.
Presa no vertedora. Al igual 5ue los vertederos 6$o y móvil es transversal a
la corriente principal. u 2unción es la de cerrar el cauce9 sin 5ue el agua pase por encima de ella. u longitud depende del ancho del r3o. Las ventanas de captación. "onstituyen la toma propiamente dicha. e
trata de uno o m0s vanos 5ue permiten el ingreso del agua y 5ue traba$an hidr0ulicamente9 sea como vertederos o como ori6cios. La carga hidr0ulica 5ue permite el ingreso del agua se origina como consecuencia de la altura de la presa derivadora. Compuertas de captación. on las 5ue regulan el ingreso de agua al canal
de derivación. Pueden estar ubicadas como parte de las ventanas de captación9 o9 si hubiese un elemento decantador ubicado inmediatamente aguas deba$o de las ventanas de captación9 podr3an estar ubicadas m0s hacia aguas aba$o9 en el ingreso al canal. En las bocatomas pe5ue1as puede tratarse de una sola compuerta. Pozas disipadoras de energía . Aguas aba$o de los barra$es 6$o y móvil es
necesario disponer algún elemento 5ue ayude a disipar la energ3a. #eneralmente se disipa la energ3a mediante la 2ormación de un salto hidr0ulico9 para lo 5ue es necesario disponer una po%a. (nmediatamente aguas aba$o9 y como transición con el lecho :uvial9 se coloca una protección de 2ondo a base de piedras a la 5ue se le denomina rip>rap. Muros guía. on muros separadores 5ue suele n ubicarse entre los barra$es 6$o y móvil y aguas arriba de ellos. Pueden tambi4n e'tenderse hacia aguas aba$o9 separando ambas po%as disipadoras de energ3a. Canal desripiador. Es un pe5ue1o canal paralelo a la corriente principal9
ubicado $unto a las ventanas de captación y 5ue es normal a la dirección de la corriente 5ue ingresa a la captación. Permite la eliminación de los sólidos cuando las circunstancias hidr0ulicas y topogr06cas lo permiten.
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UN()E&(*A* NA"(ONAL *E "A+AMA&"A i!ues de encauzamiento. e ubican aguas arriba y aguas aba$o del e$e de
la presa de derivación9 en la medida en la 5ue las circunstancias topogr06cas lo re5uieran. Para 5ue una bocatoma sea estable es necesario 5ue lo sea el tramo :uvial en el 5ue est0 ubicada.
*isposición t3pica de los principales elementos de una bocatoma de captación lateral
#I%URCACIONES La 2orma m0s simple de concebir una obra de toma es como una bi2urcación! del canal principal o del r3o9 nace un canal lateral. Las tomas rústicas9 es decir9 las tomas m0s simples9 son solamente bi2urcaciones. En una bi2urcación se distribuyen el agua y los sólidos transportados por la corriente. En general lo hacen en proporciones di2erentes. El estudio teórico y e'perimental de las bi2urcaciones es muy interesante e importante para el me$or conocimiento de lo 5ue ocurre en una bocatoma.
#OCAOMA IROLESA La toma tirolesa9 tambi4n llamada caucasiana9 alpina o sumergida. e trata de una estructura t3pica de las partes altas de los torrentes de monta1a. La captación se e2ectúa por medio de una re$illa de 2ondo cuyos barrotes se disponen en la dirección de la corriente. Los barrotes deben tener un per6l apropiado de modo 5ue las piedras no se atra5uen entre ellos. (nmediatamente deba$o de la re$illa se dispone una c0mara decantadora en la 5ue el material sólido captado deposita y es luego eliminada accionando una compuerta9 llamada de purga9 especialmente dispuesta para el e2ecto. El agua9 libre de sedimentos9 se capta por medio de un vertedero ubicado en la c0mara decantadora.
Este tipo de captación es bastante simple y ha dado
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UN()E&(*A* NA"(ONAL *E "A+AMA&"A buenos resultados en torrentes con material grueso. e utili%a generalmente para captar caudales pe5ue1os.
CONCLUSIONES$ •
Las obras de captación9
tienen di2erentes aplicaciones9 esto se
•
debe a la %ona y al uso al 5ue est0 destinado. Las bocatomas son dise1adas de acuerdo a su 6n9 y deben estar ubicadas en un lugar 5ue presente condiciones 2avorables desde el punto de vista estructural y constructivo.
#I#LIO!RA%IA$
Proyecto de aprovechamiento hidr0ulico; Arturo &ocha
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