Bocatoma.doc

UNIVERISADAD NACIONAL DE CAJAMARCA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

ABASTCIMIENTOS DE AGUA Y ALCANTARILLADO

ALUMNOS:

Cubas luna cesar Garcia gonsales edin Mejia galvez geiner Rodriges soberon nixon Mondragon guerrero jhon

DOCENTE: ING. JOSÉ ANTONIO CORONEL DELGADO

Jaén, Noviembre del 2011 INTRODUCCION

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

El tema de las bocatomas es siempre actual. En el Perú hay en operación un gran número de obras de toma para aprovechamiento hidráulico. El diseño de estas estructuras es casi siempre difícil y debe recurrirse tanto a métodos analíticos como a la investigación en modelos hidráulicos. La observación y análisis del comportamiento de las obras de toma 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). Es al primer caso al que nos referiremos principalmente de acá en adelante. El propósito fundamental del trabajo de bocatoma es el de recolectar agua desde uno o varios puntos y concentrar este caudal en un solo punto: la entrada a la tubería. Si el agua está sucia, tendrá que dejársele asentar, relativamente quieta por un periodo de tiempo. El número de posibles formas de diseño de una bocatoma para una fuente es infinito, influenciado por factores tales como, material disponible, caudal de fuente, nivel de creciente, estabilidad del suelo, topografía de la zona, etc. Este capítulo presentara varios diseños diferentes, todos los cuales se han usado con éxito en el pasado y por medio de los cuales el diseñador podrá modificar y desarrollar una bocatoma adecuada para su propio sistema. Generalidades Las presas derivadoras llamadas también toma, bocatoma o azud son estructuras que se construyen para levantar el nivel del tirante de agua de un cauce con la finalidad de derivar una parte del caudal del río a un canal para utilizar el agua en proyectos de irrigación, generación de energía hidroeléctrica o de abastecimiento de agua potable. Las obras de derivación más rudimentarias son las que construyen los campesinos mediante un estacado instalado transversalmente al rio que se rellenan de piedras y material de acarreo del río.

OBJETIVOS.

Ing. .José Coronel Delgado

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

 

Describir las características de una bocatoma, sus funciones, condiciones de diseño. Conocer el proceso para poder realizar el diseño de una bocatoma, analíticamente.

BOCATOMA DEFINICIÓN: Una bocatoma, o captación, es una estructura hidráulica destinada a derivar desde unos cursos de agua, río, arroyo, o canal; o desde un lago; o incluso desde el mar, una parte del agua disponible en esta, para ser utilizada en un fin específico, como pueden ser abastecimiento de agua potable, riego, generación de energía eléctrica, acuicultura, enfriamiento de instalaciones industriales, etc.

Las bocatomas construidas técnicamente constan en general de las siguientes partes:  

Compuerta de control y cierre de la compuerta; Dispositivo para medir los niveles, aguas arriba y aguas abajo de la compuerta de control. Estos pueden ser simples reglas graduadas o pueden contar con medidores continuos de nivel y trasmisores de la información al centro de operación, el que puede contar con mecanismos para operar a distancia la compuerta;

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





Un vertedero para fijar la sección del curso de agua, tanto planimétricamente, como en cota, evitando de esta forma la migración del curso de agua en ese punto y su socavación, lo que podría dejar la bocatoma inoperante; Un canal de limpieza, provisto de compuertas, para permitir el desarenamiento de la aproximación a la bocatoma. Frecuentemente se completa la bocatoma con una reja y un desarenador, para evitar que el transporte sólido sedimente en el canal dificultando los trabajos de mantenimiento del mismo.

CLASIFICACIÓN DE LAS BOCATOMAS A) Bocatomas directas: son posibles de diseñar en cursos de agua de fuerte pendiente, y cuando no se quiere tener una estructura costosa, tienen el inconveniente de que el lecho del rio puede

Ing. .José Coronel Delgado

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA variar y dejar la toma sin agua, igualmente en las épocas de estiaje al disminuir el tirante de agua en el rio puede disminuir considerablemente el ingreso de agua en la toma. B) Bocatomas con barrajes: son las más empleadas ya que aseguran una alimentación más regular, conservan un nivel constante en la captación que permite dominar una mayor área regable. Estas tomas pueden presentar tres variantes: La toma con barraje fijo, la toma con barraje móvil y la toma con barraje mixto. Según Tsuguo Nozaki podemos clasificar las bocatomas en tres tipos: Bocatoma TIPO 1. “Es una estructura con un barraje perpendicular a la dirección del cauce dotada de compuerta de limpia y un vertedero lateral que elimina los excesos de agua provocados por los regímenes de avenidas, después del cual existe una canaleta de desarenación con compuerta de limpia. A continuación se dispone de una rejilla metálica que evita el ingreso al canal de conducción, de los materiales flotantes, después de la cual hay una compuerta, gobernada manualmente por un volante que se desliza por un sin-fin para regulación de caudal. Este tipo de bocatomas tiene las siguientes ventajas: a) Debido a que los excesos de agua de avenidas son controlados antes de la compuerta de captación, ésta no necesita ser diseñada para grandes cargas de agua, razón por la que los costos disminuyen al tener dimensiones menores en el marco de la compuerta, los muros de defensa, la rejilla y la compuerta misma. b) Cuando se presentan avenidas inesperadas; estos excesos no afectan el canal de conducción. c) Los costos de operación y mantenimiento disminuyen en este tipo de bocatoma, al no existir la necesidad de un bocatomero permanente, ya que hay una regulación generada por la compuerta.

Bocatoma TIPO II. “Es una estructura con barraje transversal a la dirección del cauce. Alineadas paralelamente se encuentran las compuertas de limpia y de captación. Delante de estas dos compuertas existe un depósito de sedimentación con pendiente hacia la compuerta de limpia que se abre hacia el río. Antes de la compuerta de captación se dispone una rejilla metálica que impide la entrada de los materiales flotantes que trae el río. La única regulación del caudal se realiza en la compuerta de captación. Bocatoma TIPO III Es una estructura similar al de la bocatoma TIPO II, pero en ésta, por condiciones propias del proyecto, se han dispuesto dos compuertas de captación. Se adoptarán este tipo de bocatoma en los casos que se necesite captar un caudal mayor. La disposición de todas las demás características es igual a la de la bocatoma TIPO II.

Ing. .José Coronel Delgado

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FUNCIONES ADICIONALES DE UNA BOCATOMA Las bocatomas tienen a veces funciones adicionales a la que les es propia. Ellas pueden ser: a) Reparto de Aguas b) Medición de Caudales c) Puente (Peatonal o Carretero) d) Embalse para recreación (Natación, Pesca) e) Minicentral Hidroeléctrica 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: a) Asegurar la derivación permanente del caudal de diseño y de los caudales menores sean requeridos. En algún caso se admite una interrupción temporal del servicio.

que

b) 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. c) Captar el mínimo de sólidos y disponer de medios apropiados para su evacuación. Muchas veces esta es la clave del diseño eficiente. d) Estar ubicada en un lugar que presente condiciones favorables desde el punto de vista estructural y constructivo. e) Conservar aguas abajo suficiente capacidad de transporte para evitar sedimentación. f)Tener un costo razonable En el diseño de una obra de toma se requiere emplear al máximo los conocimientos del ingeniero civil. Las cinco fases correspondientes a una bocatoma son: a) Planeamiento b) Diseño c) Construcción d) Operación, y e) Mantenimiento.

PARTES DE UNA BOCATOMA     

Ventanas de captación con compuertas Canal de Limpia para evacuar sedimentos. Barraje que puede ser fijo , móvil (compuerta)o mixto (c°A°, ENROCADO). Trampas para material de fondo y rejillas para material flotante. Disipadores de Energía en los cambios de régimen.

Ing. .José Coronel Delgado

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

 Aliviaderos de Demasías para evacuar los excedentes en la captación.  Muros de encauzamiento o muros de protección de la estructura.  Desrripiador y canal de purga.  Enrocado para evitar la erosión aguas abajo.  Compuertas para operación de purga y captación.

BOCATOMA DE CAPTACIÓN LATERAL Elementos de encauzamiento y cierre. Su objeto es elevar el nivel del agua para permitir su ingreso a la toma y al canal de derivación e impedir el desborde del río. 1. Vertedero fijo o presa derivadora. El vertedero o presa derivadora es estructuralmente un azud. Suele llamársele barraje. Su función es la de elevar el nivel del agua para alcanzar el requerido por las necesidades de captación. El azud 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. 2. Vertedero móvil o barraje móvil. Es una estructura compuesta por una o más compuertas que permiten el paso de las avenidas de líquidos y de sólidos y además tiene la función de eliminar los sólidos que pudiesen encontrarse aguas arriba y frente a las ventanas de captación. La longitud total de los vertederos fijo y móvil debe ser la necesaria para el paso de la avenida de diseño. Elementos de descarga de avenidas. Permiten el paso de las crecidas. Son órganos de seguridad. Elementos de control de sedimentos. Tienen por objeto el manejo de los sólidos. Elementos de control del ingreso de agua. Permiten regular la cantidad de agua que ingresa a la derivación. Elementos de control de la erosión. Permiten disminuir la erosión y la abrasión Elementos estructurales. Son los que dan estabilidad a la obra.

Presa no vertedora. Al igual que los vertederos fijo y 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 longitud depende del ancho del río. Las ventanas de captación. Constituyen la toma propiamente dicha. Se trata de uno o más vanos que permiten el ingreso del agua y que trabajan hidráulicamente, sea como vertederos o como orificios. La carga hidráulica que permite el ingreso del agua se origina como consecuencia de la altura de la presa derivadora.

Ing. .José Coronel Delgado

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

Compuertas de captación. Son las que regulan el ingreso de agua al canal de derivación. Pueden estar ubicadas como parte de las ventanas de captación, o, si hubiese un elemento decantador ubicado inmediatamente aguas debajo de las ventanas de captación, podrían estar ubicadas más hacia aguas abajo, en el ingreso al canal. En las bocatomas pequeñas puede tratarse de una sola compuerta. Pozas disipadoras de energía. Aguas abajo de los barrajes fijo y móvil es necesario disponer algún elemento que ayude a disipar la energía. Generalmente se disipa la energía mediante la formación de un salto hidráulico, para lo que es necesario disponer una poza. Inmediatamente aguas abajo, y como transición con el lecho fluvial, se coloca una protección de fondo a base de piedras a la que se le denomina rip-rap. Muros guía. Son muros separadores que suele n ubicarse entre los barrajes fijo y móvil y aguas arriba de ellos. Pueden también extenderse hacia aguas abajo, separando ambas pozas disipadoras de energía. Canal desripiador. Es un pequeño canal paralelo a la corriente principal, ubicado junto a las ventanas de captación y que es normal a la dirección de la corriente que ingresa a la captación. Permite la eliminación de los sólidos cuando las circunstancias hidráulicas y topográficas lo permiten. Diques de encauzamiento. Se ubican aguas arriba y aguas abajo del eje de la presa de derivación, en la medida en la que las circunstancias topográficas lo requieran. Para que una bocatoma sea estable es necesario que lo sea el tramo fluvial en el que está ubicada .

Disposición los principales elementos bocatoma captación

típica de

de una de lateral

BIFURCACIONES La forma más simple de concebir una obra de toma es como una bifurcación: del canal principal o del río, nace un canal lateral. Las tomas rústicas, es decir, las tomas más simples, son solamente bifurcaciones. En una bifurcación se distribuyen el agua y los sólidos transportados por la corriente. En general lo hacen en proporciones diferentes. El estudio teórico y experimental de las bifurcaciones es muy interesante e importante para el mejor conocimiento de lo que ocurre en una bocatoma.

Ing. .José Coronel Delgado

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

BOCATOMA TIROLESA La toma tirolesa, también llamada caucasiana, alpina o sumergida. Se trata de una estructura típica de las partes altas de los torrentes de montaña. La captación se efectúa por medio de una rejilla de fondo cuyos barrotes se disponen en la dirección de la corriente. Los barrotes deben tener un perfil apropiado de modo que las piedras no se atraquen entre ellos. Inmediatamente debajo de la rejilla se dispone una cámara decantadora en la que el material sólido captado deposita y es luego eliminada accionando una compuerta, llamada de purga, especialmente dispuesta para el efecto. El agua, libre de sedimentos, se capta por medio de un vertedero ubicado en la cámara decantadora.

Este tipo de captación es bastante simple y ha dado buenos resultados en torrentes con material grueso. Se utiliza generalmente para captar caudales pequeños.

CONCLUSIONES. 

Las obras de captación, tienen diferentes aplicaciones, esto se debe a la zona y al



uso al que está destinado. Las bocatomas son diseñadas de acuerdo a su fin, y deben estar ubicadas en un lugar que presente condiciones favorables desde el punto de vista estructural y constructivo. BIBLIOGRAFIA.

  

Proyecto de aprovechamiento hidráulico; Arturo Rocha Felices. http://es.wikipedia.org/wiki/estructurashidraulicas. http://www.obrasdecaptaciontperu.com/inicio.htm

Ing. .José Coronel Delgado