BOCATOMASe define así a toda estructura de captación que tenga por finalidad de tomar parte del caudal de las aguas q discurren en los ríos, garantizando una cantidad constante para irrigar un área bajo riego o generar energía mediante su utilización en una central hidroeléctricaTIPOS DE BOCATOMA.Toma directa: Se trata de una toma q capta directamente mediante un canal lateral, su ventaja, no necesita construir un barraje fijo Y su desventaja, facilidad de ser obstruidas en épocas de crecidas Toma mixta o convencional: Se trata de una toma que realiza una captación mediante el cierre del rio con una estructura llamada azud o vertedero de derivación y puede ser fija o móvil.Toma móvil: Consiste en aquella toma q por la variación de niveles en forma muy marcadamente entre la época de estiaje y de avenida necesita disponer de un vertedero relativamente bajo, pero para dar la carga necesaria de compuertas q le den la cota su nivel de agua necesaria para poder captar el volumen deseado.Toma tirolesa o caucasiana: Son tomas cuyas estructuras de captación se encuentran dentro de la sección del vertedero o azud, dejando un espacio en el protegido por una rejilla q impide el ingreso de materiales gruesos. ELEMENTO FUNDAMENTAL PREVIO DISEÑOConsideraciones importantes:-El caudal adoptado corresponderá a una avenida máxima (50-100 años)-Determinación del caudal de captación de acuerdos a los requerimientos (1 o más ventanas)-Para atenuar el ingreso de solidos de fondo, se puede incluir un canal de limpia gruesa o desrripiador -la captación del caudal de diseño tendrá en cuenta q lo podrá efectuar en época de estiaje-El diseño de la estructura vertedora a proyectarse en el cauce del rio deberá permitir el paso de la avenida máxima de diseño, mediante la acción combinada del barraje fijo y móvilUbicación: -La cota de captación de la bocatoma deberá estar condicionado a las condiciones topográficas, para lo cual la línea de conducción (canal o túnel) conveniente y el trazo se establece a base de consideraciones económicas.-Para disminuir la entrada de los sedimentos es conveniente situar las obras de toma en la orilla cóncava del rio (inmediatamente aguas abajo del centro de la parte cóncava y disponer de un terreno plano para el desrripiador y la transición)-La dirección o ruta del flujo de agua debe ser lo más estabilizado o definido-La captación del agua deber posible aun en estiaje.-Determinar la calidad física, química y bacteriológica-la ubicación estará condicionado geológicamente y geotécnicamente (

qu, tipo de material)

-es importante considerar sobre facilidades constructivas (disponibilidad de materia, posibles inundaciones daños a construcciones vecinas)Levantamiento topográfico-Levantamiento en planta del cauce de rio 500-1000m aguas arriba y abajo del barraje esc 1/2000 y 1/1000-Levantamiento de la zona a ubicarse la bocatoma, se recomienda un área de 100x100m como min la esc no menor 1/500-Perfil longitudinal del reo por lo menos 1km aguas arriba y abajo esc (N 1/2000 V=1/200)-secciones transversales del cauce del rio cada 50m, 1km aguas arriba y 5km aguas abajo esc 1/100 y 1/200-Carta nacional a esc 1/100000 del IGM-Planos catastrales a esc 1/25 000 -Mapa geológico de la zona a esc 1/70 000 el 100% de la cuencaEstudios geológicos y geotécnicos-Curva de graduación del material conformante del lecho del rio-Sección transversal que muestra la geología de la razón a ubicar la bocatoma-Coeficiente de permeabilidad-Capacidad portante -resultados sobre ensayos de hincados de pilotes o tabla estacas-Cantidad de sedimento en el flujo del rio

CONDICIONES DEL LECHO DEL VERTEDERO (Importante investigar la sub-superficie donde se apoyara el vertedero q permitirá fijar el tipo de estructura)-Perforación: Permite identificar el tipo de materiales q conforman el lecho, las perforaciones deben ser por lo menos en el eje del vertedero, aguas arriba y abajo del eje de las compuertas de limpia, en el colchón disipador y en tramos laterales con el fin de evitar la erosión del flujo del rioCalicatas: min 02 calicatas una en cada margen del rio Ensayos estándar Análisis granulométrico Limite líquido Limite plástico Contenido de húmedas natural Clasificación SUCS Clasificación AASHTO Ensayos especiales Corte directo o triaxial Contenido de sales totales del sueloANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN: Tipo y profundidad de cimentación Superficiales o profundas cimiento corrido Capacidad PortanteEnsayo de penetración standard (SPT) Es muy seguro cuando se trata de suelos arenosos: Consiste de un tubo de 51mm de diámetro externo unido a una sata de varillas, el tubo es tipo caña partida para tomar muestras ya que es golpeado contra el suelo para obligarlo a penetrar en él, mediante una pesa de 63.5kg la cual cae de una altura de 75cm a lo largo de un eje guía (número de golpes para 30cm)Ensayo con el penetrómetro dinámico ligero (PDL)Se utiliza en suelos arenosos, limosos o arcillosos. Consiste en introducir una punta cónica a 60° de diámetros diferentes dentro del terreno mediante la caída de una masa de 10kg corriendo por una guía hasta un cabezal desde una altura de 50cmEnsayos de cargaSolo se efectúa cuando es necesario verificar un valor asumido o establecer una diferencia. Consiste en aplicar una carga al terreno mediante un plato de acero de 30, 60 o 75 cm de diámetro la que se incrementa gradualmente. La velocidad de la variación de la carga, el tiempo y el asentamiento del suelo se van registrando para analizarlos mediante fórmulas empíricas.Ensayos de bombeoNos referimos a la eliminación del agua en el área de la cimentación y Es necesario determinar la capacidad de la bomba, separación de tuberías y el diámetro apropiadoEnsayos de hincado de pilotesEn caso de construcción de una cimentación mediante el uso de pilotes, la cap portante del suelo deberá ser estimado mediante ensayos de hincado de pilotes, para determinar la profundidad y extensión del rebote.Ensayo de tabla estacadosMétodo usado para prevenir problemas para la construcción de una pared impermeable, en especial cuando existen estratos de gravasMovimiento del lecho del rio durante la época de avenidasEl cauce del rio es del tipo móvil en especial en época de avenida, lo cual podrían causar problemas de drenaje en la construcción de las estructuras de cimentaciónINFORMACION HIDROLÓGICA (para garantizar el caudal a derivar y definir el dimensionamiento los elementos de la bocatoma)-Caudal de diseño para una máxima avenida-Caudales medios y mínimos-curva de caudal vs tirantes en la zona del barrajeAnálisis de caudales máximos instantáneoSe debe conocer el caudal máximo para el diseño del vertedero de demasías de una represa, diseño de encausamiento y defensas ribereñas, diseño de puentes y alcantarillas, evacuación de aguas pluviales.Para el diseño de tomas y bocatomas es primordial conocer caudales max y minMétodo de determinación de máxima avenidaSe puede afirmar que la avenida varía en función de la superficie de la cuenca, orientación, orografía, vegetación, clase de terreno, permeabilidad del sueloMétodo directo o histórico (método de huellas máximas) Se establece, sea por observación directa o

preguntando a algún conocedor del lugar, la desventaja es q no se puede conocer el periodo de retorno de la avenidaMétodo empírico: Es el mas antiguo y consiste en establecer una relación funcional entre el área de la ciencia; la intensidad de la lluvia y la temperatura.Métodos estadísticos o probabilísticos:(Modelos matemáticos de cuencas)Teóricos, conceptual o empíricoEn la práctica del modelado de cuenca, cuatro tipos de modelos matemáticos se reconoces comúnmente, (1)determinísticos (2)probabilísticos (3)conceptuales (4)paramétricos

VENTANA DE CAPTACIONLa captación de agua se realiza mediante una abertura llamada ventana de captación. Esta trabaja como vertederos en mínimas y como orificio ahogado en máximas. Dimensiones en función del caudal a derivarDimensionamiento de la ventana de captación: Formula de vertederos, Determinación del valor de C (cd)Formula de vertederos:En función al caudal a derivar:Época de estiaje (ec. Francis para un vertedero rectangular de cresta agua, sin contracciones y con contracciones)Para época de avenidas (orificio sumergido)Consideración de pérdidas-Perdida en las rejillas-Perdidas en las transiciones-Perdidas de compuertas

DIMENSIONAMIENTO DEL BARRAJO FIJOLa función de los barrajes es levantar el tirante del agua y facilitar el ingreso del agua por la captación. Además debe tener suficiente capacidad para evacuar el caudal máximo instantáneo con un determinado periodo de retorno. El vertedero debe ser hidráulica y estructuralmente adecuado de tal manera que las descargas del vertedor no erosionen, socave el talón aguas debajo de la presa derribadora o barraje. La forma varía según su tipo: geometría, disposición dentro del cauce, material de construcción y economía del proyecto

Variantes de barraje:Barraje fijo: cuando la presa derivador se construye de un elemento rígido q puede ser generalmente de concreto en ríos caudalosos, también pueden ser gavionesBarraje móvil: cuando la presa consta de una serie de pilares q soportan compuertas q permiten regular el tirante de agua en el rioBarraje mixto: Cuando una parte del cauce es cerrado con un elemento fijo y la otra parte del mismo con estructura móvil.Análisis y selección de barrajesEn una presa derivador el costo del barraje constituye la partida más costosaFactores a considerar-condiciones hidráulicas-costo-ejecución de la obra-operación de la obra-operación y mantenimientoSOLUCIONES DE BARRAJE-barraje de concreto macizo de perfil resalto hidráulico-barraje de compuertas vertedoras: para una limpieza adecuada de material solido -perfil grampa: los taludes aguas arriba y abajo son inclinadas para estabilizar y fijar el cuerpoLongitud de barraje: está ligada al ancho del cauce y a la carga del agua q se presentan sobre él.Tipos de perfil del vertedero:-tipo creager: -Tipo WESMUROS DE ENCAUSAMIENTOSon estructuras diseñadas para servir de protección a las márgenes de los ríos o para servir de anclaje a las diversas partes de la bocatoma y orientar las aguas. Permiten encauzar el flujo del rio con el fin de formar las condiciones de diseño pre establecido (ancho, tirante, remanso, ect) C° simple o armado o ciclópeo (diques)Efecto de remanso en el rioComo consecuencia de la construcción del barraje, el nivel del agua por detrás del vertedero aumenta, la misma q puede generar

problemas de inundación y se calcula la curva de remanso.Método de integración graficaEstá basado en la integración artificial de la ecuación dinámica del flujo gradualmente variado, mediante la regla del trapecioMétodo de BresseIntegra en forma directa, por procedimientos matemáticos, la Ec dinámica del flujo gradualmente variado (sección rectangular muy ancha)Método directo por tramosEste método soluciona La Ec aplicando la ecuación de energía entre dos seccionesCanal de transición de entrega al canal de derivaciónEs una estructura diseñada para variar la forma de la sección transversal del canal en la dirección del flujo (limita perdidas de energía y evita formación de ondas y turbulencia)Consideraciones generales-minimización de las pérdidas de energía por medio de estructuras económica justificable-evitar la formación de ondulaciones grandes y de los vértices proporcionando seguridad a las estructura contigua-eliminación de zonas con agua tranquila o flujo muy retardadoTipos de transiciónTransición con curvatura simple o de cuadrante cilíndrico: usada para expansiones de rectangular a trapecialTransiciones de forma cónica o de cuña: se recomienda el angulo de expansión de 22.5° y para contracción de 27.5°Transiciones con doble curvatura o alabeadas: Se recomienda para estructuras muy grandes no solo por q satisface mejor los requerimientos hidráulicos, si no también pro que en estos casos las superficies con doble curvatura se pueden construir dentro de términos económicamente rentables.Características de un desrripiador-área de poza para reducir la sedimentación por bajas velocidades-sedimentación de material solido y remoción posterior fuera de la estructura-se ubica aguas debajo de la toma de captación y del desgravado-se consideran siempre estructuras de transición aguas arriba y aguas abajo del desarenador-se considera una estructura de purga con carga suficiente para remover los sólidos depositados-la purga se descarga aguas debajo de la compuerta de limpia o barraje-la estructura es de C° simple o armadoCriterios para el dis del desarenador-velocidad de la cámara de sedimentación varia de 0.1 a 0.4 m/s-El diámetro máximo de grano debe estar en el rango de 0.15-0.30mm-capacidad de des-arenación debe de ser 1.5-2 la capacidad teórica-tiempo de sedimentación varía de acuerdo con el tamaño del grano-Es necesario un estudio de la cantidad y tamaño de los sedimentos q trae el agua para asegurar una adecuada capacidad del desarenador y no necesitar lavados frecuentesZonas del desarenadorZona I. cámara de aquietamientoII. entrada al desarenadorIII. zona de sedimentaciónIV. almacenamiento de lodosV. salida del desarenadorCriterios de diseño de desarenador-caudal de diseño = caudal de llegada del canal de derivación-diámetro de la partícula 0.25mm-temperatura del agua en el sitio-contar con un tanque rectangular --almacenamiento de lodos altura de 0.75 y 1.5 mt-pendiente del fondo entre 5-8%SOCAVACIÓN:La socavación ocurre en la zona en la q aumentan o se concentran las velocidades y con ellos se incrementa la turbulencia del flujo. (si e lecho del rio es arenoso es conveniente revisar la magnitud de la socavación)Socavación general: Socavación local

DISIPACION DE ENERGIADebido a la colocación del barraje de vertedero en el cauce del rio se genera un incremento de la energía potencial.Para controlar este efecto erosivo se construyen estructuras de disipación, conocidos como solados (a pon) o colchón disipador.Factores de la q depende

-la altura del nivel de agua con respecto al lecho del rio -caudal del rio-tipo de material del cauce y de los materiales disponibles en la zona-condiciones hidráulicas del rioAnálisis de estabilidad (una sección de barraje debe ser estáticamente estable e hidráulicamente eficiente)Debe ser seguro a:-contra el deslizamiento y volcamiento-contra sifonamiento-contra socavaciones al pie del azud-contra filtraciones y hasta sifonamientos en las laderas

Fuerzas en la cortina vertedora-peso propio del dique vertedor (P)-presión hidrostática (Ea)-Supresión (S)-Empuje de sedimentos o azolves (Et)-Fuerzas sísmicas-peso del agua sobre el paramento de aguas abajo-Presión negativa entre el manto de agua y el paramento-rozamiento del agua con el paramento de descarga-choque de olas y cuerpos flotantes-presión de hielo-reacción del terreno

ALCANTARILLASEs una estructura o conducto q tiene por objetivo el paso de agua de escorrentía por debajo de vías, caminos o terraplenesPropósitoEl propósito es la conservación del camino, es colocada en partes bajas donde hay cambio de pendiente de negativa a positiva.TIPOS DE ALCANTARILLAS: (LUCES MENORES A 3M)Tipo cajón: Formadas por paredes laterales, tapa y fondo, sección constante y cartelas en las esquinas.Tipo circulares: Son tubos, diámetros no menores de 90cm (general 1.5-7.71m de diámetro)Bóvedas de concreto armado: Son estructuras q resisten grandes rellenos encima (arcos como techo)Metálicas: Formadas por chapas acanaladas, de acero galvanizado, pre moldeado para formar tubos de diámetro, previsto.Criterios de diseño-el diseño hidráulico “el diámetro debe ser seleccionado para una velocidad de 1.15 m/s (más de 1.25 casos espec.)-La pendiente de la alcantarilla debe ser igual al del canal-El relleno encima: caminos parcelarios o.60m y para cruces con la panamericana: 0.90m-la transición en la entrada y salida mediante una rampa de inclinación máxima de 4:1-El talud máximo del camino 1.5:1-En cruce de canales con camino, la alcantarilla no sebe diseñarse en flujo supercrítico-Debe trabajar con nivel del agua libre, llegando a mojar toda su sección solo en periodos de caudales máximosCONDICIONES PARA SU APLICACIÓNGeometría: la mayoría son pequeñas o mediana desde 0.60-6m2 de sección transversal de C° armado de marco rígido y mixtos, para ello es necesario conocer un plano topográfico de la cuenca esc 1/5000 o 1/10 000Análisis hidrológico: Se diseña con un caudal de máxima avenida-con registros de caudales máximos o registros de eventos extraordinarios de avenidas (GUMBEL)-cuando no se tiene datos de caudales, pero sí de precipitaciónAspectos hidráulicosCondiciones de entrada (ya sea sumergida o no), pendiente de la alcantarilla, condiciones de salida (si la descarga es a flujo libre o no) y la geometría de la secciónLa sección se calcula Qmax/(3m/s) más un 30% de áreaAspectos estructurales-las cargas q actúan sobre la alcantarilla: peso propio, el relleno y las cargas vivas o de vehículos-las cargas muertas relleno seco 1600kg/m3, compactado 1920kg/m3 o saturado 2160kg/m3-El valor de empuje lateral del terreno depende de la altura del relleno y los coeficientes de empuje activo-no se consideran la presión hidrostática interna (ducto vacío)-los diagramas varias ya sean marco rígido o monolíticamente vaciado, marco U con losa apoyada, muros verticales con losas horizontales (tipo cajón)

Condiciones de flujo

Q gobiernan a pelo libre; es decir parcialmente llena o a presión atmosféricaNo sumergidas-Pendiente sub critica, tirante critico de control de salida descarga libre--con pendiente critica, control a la salida-con pendiente súper critica control al ingresoSumergidas (orificio)-con pendiente sub critica (pudiendo producirse tener la alcantarilla completamente llena)-con pendiente súper critica (no deseable)Procedimiento de diseño-Se calcula el caudal de diseño-Se determina las condiciones de flujo: ubicación de sección de control, si la pendiente es sub crítica o súper critica-si la sección de control esta al ingreso, en flujo súper crítico se determinara la carga H, necesario satisfacer el caudal de diseñoSi la sección de control está en la salida, debe aplicarse la Ec de energía para H (fricción, ingreso y salida)-Conocido H, fijar la cota de la rasante de la alcantarilla con respecto al nivel máximo esperado (preferible la entrada no sumergida)-comprobar la velocidad máxima de flujo en la salida y escoger en tipo de enrocado para proteger la estructura contra socavacion