Capitulo III Obras de Captacion Aamp - Copia

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FACULTAD DE INGENIERIA CIVILCURSO: IRRIGACIONES

CAPITULO III: OBRAS DE CAPTACION (BOCATOMAS)

DOCENTE: Msc Ing. ABEL A. MUÑIZ PAUCARMAYTA

1

CAPITULO III

ESTRUCTURAS DE CAPTACIONBOCATOMAS

3.1 GENERALIDADESLa presa derivadora llamada también toma, bocatoma o azud son estructuras que se construyen

para levantar el nivel del tirante de agua de un cauce y permiten derivar una parte del caudal del rió

a un canal con la finalidad de utilizar el agua en irrigación, generación de energía eléctrica o en un

proyecto de abastecimiento de agua.

También se llaman tomas a las estructuras que permiten abastecer un canal desde el desagüe de

una laguna natural o de una presa artificial.

Las obras de derivación más rudimentarias son las que se construyen mediante un estacado

instalado transversalmente al rió (llamados en el Perú caballos) y que se rellenan con piedras y

material de acarreo del rió. Ver Figura No 4.1 Toma Rústica.

Este tipo de cortina ha sido mejorado y hoy tenemos las bocatomas llamadas con barraje.

La mayoría de presas del tipo de barraje, son diseñadas para que las avenidas del río pasen por

encima del barraje fijo, se construyen de concreto, aunque en algunos casos pueden construirse con

enrocados y materiales de acarreo.

La construcción de una toma en el curso de un río representa la alteración de las condiciones

naturales del flujo, por lo cual pueden producirse erosiones y alteraciones del cauce como

consecuencia de socavaciones y rellenos por decantación de sedimentos, al haberse alterado las

condiciones normales del régimen de aguas del rió. Especialmente al implantar en el curso del rió

una presa derivadora, y particularmente en aquellos cauces llamados de lecho móvil.




2

3.2 UBICACIÓN.El estudio de ubicación de la toma debe ser muy cuidadoso para evitar los problemas mencionados,

como también para asegurar una buena estabilidad de las estructuras implantadas en el curso del

rió.

Es necesario efectuar estudios de transporte de sólidos y de materiales flotantes, como analizar las

condiciones hidrológicas de la cuenca superior para determinar las máximas avenidas, los caudales

medios y mínimos, así como evitar los tramos de fuerte pendiente.

En el presente capitulo nos referiremos únicamente a tomas construidas en el curso de un río y no a

otros tipos, para lo cual conviene analizar los aspectos siguientes:

a. Volumen río y volumen derivadoPara ubicar la toma es preciso la comparación entre la masa medía del rió y la por derivar al

proyecto, se presentan los casos siguientes:

Superficie de riego grande y volumen de río escaso.

Superficie de riego y el volumen disponible del rió balanceados.

Superficie de riego limitada y volumen disponible abundante.

En el primer caso para ubicar la toma se selecciona la zona más adecuada de toma en el río y

desde ese punto se traza el canal de derivación hacia las áreas por regar.

En el segundo y tercer casos se ubica un punto alto en las áreas por regar, desde el cual se

traza el canal con rumbo al río con pendientes correspondientes a la velocidad de erosión y a la

de sedimentación, en este espacio se elige la ubicación más favorable.

b. Alineamiento del cauceSe debe considerar los siguientes:

Alineamiento del río recto, procurando que la orilla donde se ubique la toma tenga un calado

constante.

En tramos curvos, se escogerá la parte cóncava, que permite una mejor captación por efecto

de la aceleración del movimiento (Ley de Coriolis). La ubicación de la toma es más favorable

aguas abajo del centro de la parte cóncava. Ver Fig. No 3.1

Tramos angostos que permitan construir una presa derivadora más corta y económica




3

FIG. No 3.1

UBICACIÓN DE BOCATOMAS EN TRAMOS CURVOS

c. Condiciones Geológicas

Es sumamente importante analizar las condiciones geológicas siguientes:

1c. formaciones geológicas de la cimentación: que determinen buena resistencia de los suelos y

permeabilidad reducida en el lecho del rió.

2c. Presencia de material sólido de arrastre y en suspensión: que defina la necesidad de

desempedradores y desarenador.

La entrada de sedimentos hacia el bocal de toma debe ser limitada y conseguir su purga antes de su

ingreso al canal de derivación.

Finalmente la ubicación de la toma debe asegurar la captación del agua aún en las épocas de

estiaje.

Existen diseños de una presa derivadora con estructuras de toma en ambas márgenes; por lo cual

en los estudios de ubicación es necesario analizar esta posibilidad.




4

Últimamente se han diseñado tomas de este tipo en el rió Rimac (toma Atarjea) y en el río Santa

para una posible toma de las irrigaciones Chavimochic en la margen izquierda y Chinecas en la

margen derecha, pero fue desechada.

3.3 ESTUDIOS EN LA UBICACIÓN DE LA BOCATOMA

En la ubicación de la bocatoma se efectúan los trabajos siguientes:

a) Topografía:

En el eje de la presa derivadora se levantan planos en escalas de 1:1000 a 1:2000 con

equidistancia de curvas de nivel de 0.5 a 1 m. en un tramo de 500 a 1000 metros hacia aguas

arriba y de 500 metros hacia aguas abajo; con un área que sobrepase los niveles de la traza de

máximas avenidas.

En el área de las estructuras de toma se efectúan planos a escala de 1:500 con una equidistancia

de curvas, que pueden variar desde 0.20 m. a 0.50 m. Igualmente se ejecuta un perfil longitudinal

a escalas similares a la del plano general con escalas verticales entre 1:100 ó 1:200, y horizontales

entre 1:1000 y 1:2000 en una longitud de 1000 m. hacia aguas arriba y 500 m. hacia aguas abajo.

Las secciones transversales se realizan a escalas 1:100 o 1:200 cada 20 a 50 metros, en el tramo

de ubicación de la toma.

b) Estudios de transporte de sólidos:

Los sólidos son perjudiciales en las estructuras de un proyecto hidráulico dado, que producen

erosión en los revestimientos de los canales o en otros casos reducción de la sección útil.

Para evitar estos perjuicios es necesario efectuar estudios de transporte de sólidos aguas arriba de

la toma, y ubicar los graneros que los originan con la finalidad de estabilizarlos si fuera posible.

El estudio de los sólidos debe efectuarse tanto de los sólidos en rodamiento como en los de

suspensión. Igualmente se deben realizar análisis mineralógicos y químicos de las partículas para

conocer sus propiedades abrasivas.

c) Estudios hidrológicos:Es de suma importancia conocer el comportamiento hidrológico del río, para lo cual es necesario

evaluar la estadística hidrológica siguiente:

- Caudales de avenidas máximas que permitan fijar los niveles máximos de los muros de

encauzamiento, de los barrajes y de los mecanismos de izaje de las compuertas.

- Caudales mínimos que permitan fijar los niveles de los umbrales de la toma.

- Caudales medios con objeto de conocer las masas de agua posibles de ser derivadas.

d) Estudios Geológicos y Geotécnicos:Los estudios geológicos pueden comprender áreas extensas hacia aguas arriba, ubicando áreas

inestables y fallas para asegurar la estabilidad de la toma y su buen funcionamiento.

Para determinar la estabilidad de las diferentes estructuras de la toma se deben efectuar estudios

geológicos ejecutando perforaciones diamantinas e investigaciones de Mecánica de Suelos para

lo cual conviene verificar lo siguiente:




5

- La curva de gradación del material conformante del lecho del río.

- El coeficiente de permeabilidad del suelo de la cimentación.

- La capacidad portante de los suelos en el área de cimentaciones de las principales estructuras,

- Los resultados de ensayos de hincado de pilotes y tablestacas.

- Los coeficientes de diseño sísmico y

- Los coeficientes de fricción estática del material de cimentación.

Ver Figura N° 4.2

FIG. No 3.2

ESTUDIOS GEOTÉCNICOS Y GEOLÓGICOS

e) Otros estudios:

En algunos casos será necesario efectuar los siguientes estudios:

- Estudios legales de la propiedad de los predios por expropiar en el área.

- Estudios de restos arqueológicos que pudieran existir en la zona de las obras, coordinando las

exploraciones con el instituto Nacional de Cultura.

- Estudios de Canteras de materiales que permitan construir las estructuras de concreto y otras.

3.4 PRINCIPALES TIPOS DE BOCATOMAS:

Las bocatomas pueden consistir simplemente en zanjas practicadas en las orillas del río, en esas

condiciones se denominan tomas rústicas.

Si se construye una presa en el río para levantar el pelo de agua antes de la zanja se llama toma con

barraje.

Finalmente las tomas se pueden clasificar en los siguientes tipos:

BOCATOMAS DIRECTAS:Son posibles de diseñar cuando no se quiere tener una estructura costosa, se trata de una toma que

esta ubicada directamente hacia el rió, su ventaja es que no necesita la construcción de una presa




6

derivadora, sin embargo puede tener una disminución de la captación en las épocas de estiaje y ser

obstruida en las crecidas del rió.

FIG. No 3.3

BOCATOMA DIRECTA

Existen dos variantes en esta solución:

- LA BOCATOMA DIRECTA FRONTAL:Que tiene captación normal a la dirección del flujo, lo cual ocasiona continuas erosiones en las

paredes del canal de ingreso.

FIG. No 3.4

BOCATOMA DIRECTA FRONTAL

- LA BOCATOMA DIRECTA LATERAL:

Tiene captación en la margen del rió mediante una abertura ejecutada en la misma y se controla el

ingreso de agua en forma transversal al flujo del rió mediante compuertas, evitando así el ingreso

de sólidos.




7

-FIG. No 3.5

BOCATOMA DIRECTA LATERAL

BOCATOMAS CON PRESA DERIVADORA:Se trata de una toma que realiza la captación de las aguas del río mediante el cierre del cauce con

una presa derivadora, que asegura una captación más regular de las aguas, debido al

remansamiento producido.

Estas tomas pueden presentar las variantes siguientes:

Bocatoma de barraje fijo: Cuando la presa derivadora lo constituye un elemento rígido,

generalmente de concreto, pero puede ser también una presa de enrocamiento. Se prefiere este tipo

de bocatomas en los ríos caudalosos y torrentosos cuando el volumen derivado es menor que el

caudal medio del río. Ver Fig. N o 3.6 Toma con Barraje Fijo.

FIG. No 3.6

BOCATOMA DE BARRAJE FIJO

Bocatoma de Barraje móvil: Cuando la presa consta con una serie de pilares que soportan

compuertas que permiten regular el tirante de agua en el río. Su principal ventaja es su versatilidad

para modificar el tirante de aguas y para la eliminación de los sólidos. Se prefiere en ríos caudalosos

con pendientes suaves. Ver Figura No 3.7 Toma con Barraje Móvil.




8

FIG. No 3.7

BOCATOMA DE BARRAJE MOVIL

Bocatoma de barraje mixto: Cuando una parte del cauce es cerrado con un elemento fijo y otra

parte del mismo con una estructura móvil. Esta solución es ideal para los ríos de la costa peruana,

donde las crecidas y estiaje de los ríos son muy diferenciados. Conviene comentar que los ríos del

Perú son muy jóvenes y arrastran gran cantidad de sedimentos en las épocas de crecidas. Este tipo

de bocatomas corresponde a las tomas de Chao y Virú.

Toma Tirolesa o Caucasiana: Se las llama también sumergidas, son tomas cuyas estructuras de

captación se encuentran dentro de la sección de la presa derivadora, en una cavidad protegida por

rejillas, que impiden el ingreso de materiales sólidos. Estas tomas no son recomendables en ríos

donde el arrastre de sedimentos es muy intenso.

En el Perú pueden diseñarse este tipo de tomas en las partes altas de la cordillera, donde las aguas

son limpias, en el caso de ríos torrentosos debe evitarse la obstrucción de las rejillas y tomar

precauciones, para su diseño. Ver Figura No 3.8 Toma Caucasiana o Sumergida.




9

FIG. No 3.8

BOCATOMA CAUCASIANA O SUMERGIDA

Bocatoma con Presa de Regulación: En algunos casos se ubica una presa de regulación en el

cauce del rió y mediante una toma situada en sus márgenes derivar las aguas al canal principal, tal

como ha sido diseñada la toma de la C.H. Carhuaquero. También es posible tener un

almacenamiento junto a la toma.

3.5 DAÑOS CAUSADOS POR LOS SÓLIDOS

En el diseño de la toma es necesario tener en cuenta los daños producidos por las partículas sólidas

que forman el fondo de un cauce, ya que pueden ser arrastradas por el agua en tres maneras

diferentes:

a. Rodando, en el fondo en este caso se denomina arrastre de fondo.

b. Saltación, cuando la partícula se levanta del fondo y se mantiene en el seno del líquido un lapso

corto de tiempo y su avance se realiza a saltos.

c. Suspensión, para esta condición la partícula debe ser muy pequeña o la turbulencia del agua

debiera ser grande.

El arrastre de sólidos puede ser perjudicial incluso en los cauces estables y mucho más en los de

fondos móviles.

Los problemas principales que producen los sólidos son los siguientes:

a. Deposición de materiales sólidos en los canales de conducción, produciendo la reducción de su

sección.

b. Erosión de los revestimientos de los canales.

c. Disminución de la capacidad de captación de la toma y en algunos casos es motivo que las

tomas se queden en seco.

d. Deterioro y erosión de las agujas y paletas de las turbinas de las Centrales Hidroeléctricas.




10

3.6 ESTRUCTURAS PRINCIPALES DE UNA BÓCATOMA

Existen varios factores que definen el tipo de bocatoma, entre los cuales podemos citar: el régimen

del río, el transporte de los sólidos, el caudal de la captación, las características del lecho del río, su

sección transversal.

Los elementos principales son los siguientes:

a) Muros o diques de encauzamiento:Su objeto es encauzar el río y proteger los terrenos ribereños aguas arriba de la toma y evitar

desbordamientos como consecuencia de la instalación del barraje. Los muros pueden ser de

concreto armado, presa de gravedad, y de tierra.

b) Presa derivadora:

Cortina, azud o barraje es una represa construida transversalmente al río con objeto de levantar

el tirante y facilitar el ingreso de agua.

Como se indicó anteriormente existen tres soluciones, la toma de barraje fijo, barraje móvil y

barraje mixto.

e) Canal de Limpia:

Esta estructura tiene la finalidad de eliminar los sólidos que se depositen delante de las ventanas

de captación.

d) Bocal de torna:

Es la estructura que esta ubicada en una de las márgenes del río, hacia aguas arriba de la presa

derivadora y tiene por finalidad captar las aguas; consta de un vertedero u orificio de captación

de rejillas y de compuertas de regulación.

FIG. No 3.9

ESTRUCTURAS PRINCIPALES DE UNA BOCATOMA

3.7 DISEÑO HIDRÁULICO DE LA PRESA DERIVADORA O BARRAJE.1. Altura del barraje:

La altura del barraje tiene por objeto asegurar la derivación del caudal necesario en el canal

principal y permitir el paso de excedentes por encima de la cresta.

El nivel de la cresta del barraje, como se muestra en la Figura No 3.10 será:




11

Cc = Co + ho + h + 0.20

Donde:

Co: Cota del lecho del rió aguas arriba del barraje.

ho : Altura del umbral del vertedero de captación. Se recomienda que sea mayor de 0.60 m.

h: Altura de la ventana de captación, asumiendo que trabaja como vertedero.

La altura de la cresta vertedora se fija tomando en cuenta el nivel que tendrán las aguas con los

caudales proyectados en el canal de derivación más las pérdidas que ocurrirán en la toma.

FIG. No 3.10

ALTURA DEL BARRAJE

2. Forma de la cresta del barraje.

El U.S. Bureau of Reclamation y el U. S. Army Corps of Engineers han desarrollado varios

perfiles standard en su Waterways Experiment Station. Los cuales tienen la expresión siguiente:

yHkx nd

n .. 1

Donde:

x, y : Coordenadas del perfil de la cresta.

Hd : Carga neta sobre la cresta

k.n : Parámetros que dependen de la inclinación de la superficie de aguas arriba

INCLINACION K nVertical 2.000 1.850

3:1 1.936 1.0003:2 1.939 1.8103:3 1.873 1.776

CUADRO No 3.1

COEFICIENTES PARA EL CALCULO DE LA CRESTA DEL BARRAJE

Estos perfiles recomendados evitan la presencia de presiones negativas que podrían generar

cavitación ocasionando daños al concreto. Ver Figura No 3.11.




12

FIG. No 3.11

FORMA DE LA CRESTA DEL BARRAJE

3. Longitud del barraje.Se debe procurar que la longitud del barraje conserve las mismas condiciones naturales del

cauce, con el objeto de no causar modificaciones en su régimen. Así una longitud más angosta

puede ocasionar una carga de agua alta e inundar las márgenes. En cambio una longitud de

barraje amplia puede ocasionar azolves aguas arriba originando pequeños cauces, que dificultan

la captación en la toma.

4. Capacidad de descarga del vertedor.

La fórmula general de los vertedores es la siguiente:2/3xHCxLQ e

Donde:

Q : Descarga en m3/seg.

C : Coeficiente de descarga en m/seg, varía desde 1.66 a 2.21.

También se expresa:

C = K/3.28

Donde K varía de 4 a 2

H : Carga total sobre la cresta en m.

Le: Longitud efectiva en m.

La Longitud Efectiva se determina con:

Le = Lm – 2(n x kp + km) Ho

Donde:

Le: Longitud efectiva de la cresta.

Lm: Longitud total de la cresta.

n : Número de pilares.

Kp: Coeficiente de contracción de los pilares

km: Coeficiente de contracción lateral por muros

Ho: Carga de operación

Los valores de kp varían desde 0.025 a 0.10




13

Para estructuras de control de cresta libre, la capacidad de descarga esta dada por la fórmula

general de vertedores, mientras que para orificios o compuertas parcialmente abiertas la

descarga se determina con la fórmula general de orificios siguiente:

Q = C x A x (2 g H)1/2

Donde:

A : Área del orificio en m2.

g : Aceleración de la gravedad en m/seg2.

H : Carga al centro del orificio en m.

C : Coeficiente de descarga cuyo valor es de 1.84.

5. Tirantes en el barraje y colchón de disipación.

FIG. No 3.12

ESQUEMA TIPICO PARA EL ANALISIS HIDRAULICO

a. Calculo de tirante al pie del barraje

Según la fórmula de Bernoulli tenemos:

Co + h + (Vo)2/2g = C1 + d1+ (V1)2/2g + Pc

Donde:

C0 : Cota de la cresta del vertedero

C1 : Cota del colchón disipador

h0 : Tirante sobre la cresta

d1 : Tirante al pie del talud

V0 : Velocidad en la cresta del barraje

V1: Velocidad al pie del talud

Pc: Pérdida de carga entre 0 - 1

Considerando que d1 ≥ 0.10m; debe cumplirse que:

V1 = Q1/A1 = Q1/(b1xd1) y d1 = q1/V1




14

Si d1 obtenido es muy cercano al d1 supuesto se prosigue con el cálculo del tirante

conjugado.

El valor de r se calcula con la siguiente relación:

r= (Co-C1), (entre 0.5 y 1.0 m)

b. Calculo de tirante conjugadoSegún la ecuación de tirantes conjugados el valor de d2 se determina con:

d2 = -d1/2+(d1/4+(2(V1)2 d1/g)1/2

Por lo tanto:

C1 + d1 + (V1)2/2g = C2 + d2+ (V2)2/2g + Pc2

Para comprobar es necesario efectuar un nuevo Bernoulli:

c. Calculo de tirante normal.

Al final del colchón disipador el flujo debe recuperar el tirante normal de acuerdo a la sección

y pendiente del cauce; con este objeto se calcula el tirante normal con la fórmula de Manning

y se vuelve a comprobar con la fórmula de Bernoulli en este tramo.

Su expresión es:

C1 + d2 + (V2)2/2g = Cn + dn+ (V2)2/2g + Pcn

Como (C - C1), es aproximadamente de 0.50 a 1.00 m, se tantea el nivel del piso de la poza

de tranquilización hasta que se cumpla la ecuación anterior.

3.8 SOLADO O COLCHÓN DISIPADOR:

Como consecuencia de la colocación de la presa derivadora o barraje en el cauce del río se origina

un incremento de la energía potencial, que al verter el agua encima del barraje se transforma en

energía cinética que causa erosión, por lo cual es conveniente instalar un colchón disipador para

producir el salto hidráulico y amortiguar la energía. Ver Figura No 3.12.

FIG. No 3.12

PERFIL BARRAJE PRESA DERIVADORA




15

La necesidad de una poza de disipación y la forma de resalto está íntimamente relacionada al

número de Froude que se expresa:

F = V/(g.d)1/2

Las condiciones del resalto de acuerdo al número de Froude son las siguientes:

F = 1 : El régimen es crítico y el resalto no puede formarse.

F < 1.7 : No es necesario la posa de disipación.

1.7>F<2.5 : El régimen es transitorio y no se forma un verdadero resalto, se debe aumentar en 10%

el valor del tirante conjugado.

2.5>F<4.5 : El régimen se denomina de transición.

4.5>F<9 : El resalto es bien balanceado.

9>F : El resalto es efectivo pero con una superficie muy irregular aguas abajo.

Ver Fig. No 3.13.

FIG. No 3.13

LONGITUD DEL SALTO EN FUNCION DE USAR

a.- Cálculo de la Longitud del Colchón disipador

Para calcular la longitud del salto hidráulico existen varias fórmulas empíricas y los del U. S. B.

R. que se muestra en la Fig. No 3.14 para el tanque amortiguador tipo 1.

FIG. No 3.14

TANQUE AMORTIGUADOR TIPO USRB (I)




16

FIG. No 3.15

TANQUE AMORTIGUADOR TIPO USRB (I)

El gráfico de Bakhmeteff está en función del número de Froude y de la relación L1/d1.

Donde d1= ( d2 - d1). Ver Fig. No 3.16.

FIG. No 3.16

EXPERIMENTOS DE BAKHMETEFF

Entre las fórmulas recomendadas podemos citar las siguientes:

Schoklitsch:

L = (5 a 6) (d2-d1).

Safranez:

L = 6 d1. f1 Siendo f1 = V1/(g.d1)

U.S Bureau of Reclamation.

L = 4 d2

b.- Control de la filtración.

El agua que se desplaza debajo de la presa por efecto de la percolación causa el arrastre de los

materiales finos creando el fenómeno llamado de la tubificación.

Según Lane el camino de percolación viene dado por la fórmula:




17

Lw = ΣLV + Σ(LH/3)

Que indica que el camino de percolación es la sumatoria de los recorridos verticales más un

tercio de la sumatoria de los recorridos horizontales, por lo cual los recorridos horizontales

equivalen a 1/3 de los recorridos verticales, otras fórmulas las reducen a un quinto.

La longitud del camino de percolación depende del coeficiente de Lane y de la diferencia de

cargas hidrostáticas aguas arriba de la presa vertedora y de la uña de la poza de disipación. Ver

Fig. No 3.17.

Su expresión es:

Lw = C.∆h

Donde:

Lw, : Longitud del camino de percolación

h : Diferencia de carga hidrostática entre la cresta del barraje y la uña terminal de la poza de

disipación.

C : Coeficiente de Lane.

MATERIAL CArena muy fina o limo 8.50Arena fina 7.00Arena tamaño media 6.00Arena gruesa 5.00Grava fina 4.00Grava media 3.50Grava gruesa 3.00Bloques con grava 2.50Arcilla plastica 3.00Arcilla de consistencia media 2.00Arcilla dura 1.80Arcilla muy dura 1.60

COEFICIENTES DE LANE

CUADRO No 3.2

COEFICIENTES DE LANE

FIG. No 3.17

CAMINO DE PERCOLACION

En el caso que la poza de disipación no tenga dimensiones que sobrepasen o igualen la longitud

requerida por la percolación según la fórmula de Lane, se puede endentar el perfil inferior de la

losa ó construir tablestacados con la finalidad de alargar el camino de percolación.




18

En el caso que al final de la poza haya subpresión se puede perforar la losa para adicionarle

lloradores con tubos de 6” a 8” de diámetro, para disminuir la presión.

También se acostumbra adicionar una banqueta hacia aguas arriba con objeto de alargar el

camino de percolación.

c.- Espesor del SoladoEl espesor del solado de la poza de tranquilización está en función de la supresión que debe ser

contrarrestada por el peso de la losa, es decir:

W ≥ Sp

Donde:

W : Peso.

Sp: Supresión.

O también:

Β.A.e = γ.A.h

Donde:

B : Peso específico del material del solado.

A : Área.

e : Espesor del solado.

: Peso específico del agua.

h : Carga hidrostática.

Por tanto:

e = h. β/γ

Por seguridad debe ser corregido y se tiene:

e = 4/3 .h. β/γ

El espesor de la losa del colchón disipador es:

e = 4/3 H

Donde:

T : Espesor en m.

H : Valor máximo de la supresión en kg/m2.

Ver Figura No 3.18




19

FIG. No 3.18

EFECTO DE LA SUBPRESION

d.- Enrocado de Protección o escollera

Al final del colchón disipador es necesario colocar una escollera o enrocado con el fin de reducir

la erosión y contrarrestar el arrastre del material fino por acción de la filtración. La longitud de

escollera recomendada viene dada por la fórmula siguiente:

Lt = 0.67 C (Db . q) - Lc

Donde:

Lt : Longitud total escollera.

C : Coeficiente de Bligh.

Db: Altura comprendida entre la cota de la cresta del barraje y la cota del extremo aguas abajo.

q : Caudal por metro lineal de vertedero

Lc,: Longitud colchón. Ver Figura N° 3.19

FIG. No 3.19

LONGITUD DEL COLCHON

Los coeficientes de Bligh según el material son:

LECHO DEL CAUCE CArena fina y limo 18Arena fina 15Arena gruesa 12Grava y arena 9Bolones y arena 4 a 6Arcilla 6 a 7

COEFICIENTES DE BLIGH

CUADRO No 3.3


3.9 DISEÑO DEL CANAL DE LIMPIA.




20

El canal de limpia es la estructura que se instala en las tornas con objeto de eliminar los sedimentos

que se depositan al ingreso de la bocatoma y que permite mejorar la captación en las épocas de

estiaje especialmente en ríos con gran variación de caudales como los de la costa peruana.

Su trazo es perpendicular al eje del barraje y su flujo en el mismo sentido del rió: puede formar

ángulos entre 60° y 90° con el eje de captación.

Para separar el canal de limpia del tramo de barraje fijo se construye un muro gula que permite

encauzar mejor las aguas hacia el canal de limpia.

a. Velocidad de arrastre.La magnitud de la velocidad para iniciar el arrastre de los sólidos depositados viene dada por la

fórmula:

Vc = 1.5 C (d)1/2 = 1.5 Vs

Donde:

Vc : Velocidad requerida para iniciar el arrastre.

C : Coeficiente en función del material.

Arena y grava redondeada : 3.2

Grava rectangular : 3.9

Arena y grava : 3.5 a 4.5

d : Diámetro del grano mayor.

Vs: Velocidad de arrastre.

FIG. No 3.20

RELACION ENTRE VELOCIDAD REQUERIDA PARA EL ARRASTRE Y EL TAMAÑO DE GRANO




21

b. Ancho del canal de limpia.

El ancho del canal de limpia debe tener las siguientes características:

El caudal debe ser por lo menos del doble de la capacidad de la toma o derivar eL caudal

medio del río.

La velocidad del agua en el canal de limpia debe variar entre 1. 50y 3.00 m/seg o por lo

menos ser Igual a la velocidad de arrastre.

Se recomienda que su ancho sea un décimo de la longitud del barraje.

Este ancho sirve de referencia y es recomendable que se disponga de un ancho que no se

obstruya con el paso de los materiales de arrastre de fondo y con palos.

Se recomienda que tenga un mínimo de 5.00 metros o múltiplos de esta medida con objeto

de normalizar el ancho de compuertas y pilares.

El ancho del canal de limpia se puede obtener de las relaciones siguientes:

B = Q/q y q = (Vc)3/g

Donde:

B : Ancho del canal de limpia en m.

Q : Caudal que escurre en el canal de limpia en m3/s

q : Caudal por unidad de ancho m3/s/m

Vc: Velocidad de arrastre cm m/s

g.: Aceleración de la gravedad m/s2.

c. Pendiente del canal de limpia.

La pendiente del canal de limpia debe permitir el arrastre de los materiales que arrastra el río se

calcula según la fórmula:

Donde:

Sc.: Pendiente del canal de limpia.

n . : Coeficiente de rugosidad de Manning

g . : Aceleración de la gravedad en m/s2

q . : Descarga por unidad de ancho en mis/ml

El fondo o nivel del canal de limpia debe estar por lo menos de 60 centímetros a 1.20 metros

más bajo que el bocal de toma, y el extremo del canal debe coincidir con el extremo de la poza

de tranquilización del barraje fijo.

1. Estructuras principales del canal de limpia.




22

El canal de limpia o barraje móvil tiene generalmente un muro guía que separa el barraje fijo

del móvil y permite encauzar mejor el flujo hacia el canal de limpia y puede continuar hacia

aguas abajo separando la poza de disipación en dos segmentos.

Para contener las aguas se instalan compuertas entre los pilares que constituyen lo que se

denomina barraje móvil, tienen mecanismos de izaje instalados en la losa superior.

Generalmente aguas abajo de las compuertas hay una poza de disipación para producir el

salto hidráulico.

2. Mecanismos principales del canal de Limpia.Los mecanismos que permiten eliminar los materiales sólidos que se depositan frente a la

torna y regulan las aguas frente a la torna en las épocas de estiaje lo constituyen las

compuertas de limpia y sus respectivos mecanismos.

En la temporada de estiaje las compuertas permanecen cerradas para conseguir un tirante

apropiado de las aguas frente a la toma, en el caso de avenidas estas compuertas deben

suspenderse a un nivel superior a la máxima avenida para evitar que puedan dañarse.

En los diseños de las compuertas del canal de limpia se prefieren las compuertas deslizantes

de forma rectangular izadas mediante vástagos si son pequeñas y en el caso de ser grandes

se izan mediante polines y cadenas.

Cuando se requiere cerrar el flujo mediante una toma de barraje móvil se prefiere instalar

compuertas radiales de mayores dimensiones y efectuar la regulación de la captación

mediante las compuertas de los desgravadores.

3.10 TOMA O CAPTACION.

La mayor parte de las tomas se han hecho en ángulo recto con el barraje pero el bocal con el río

puede quedar con un ángulo entre 20° y 30°.

La capacidad de la toma se determina de acuerdo a las demandas de la cedula de cultivos en el

caso de un proyecto agrícola o de acuerdo a las capacidades de la central hidroeléctrica o del

proyecto de abastecimiento de agua potable considerando adicionalmente las pérdidas necesarias

para eliminar los sedimentos que pudieran ingresar.

La velocidad de entrada del agua por los vanos del bocal de captación debe quedar comprendida

entre 0.80 y 1.20 m/seg.

El bocal de toma se ubica por lo general aguas arriba del barraje vertedero, procurando que el

ingreso de sedimentos sea el mínimo.

La toma generalmente es forma abocinada, en la parte anterior se Instalan los orificios de captación

separados por muros, y los flujos de cada compuerta se amortiguan en una posa de tranquilización

que termina en el punto inicial del canal de derivación.

Con el fin de proteger la toma se levanta una pantalla frontal donde se abren las ventanas de

captación, puede adicionarse en la parte anterior un canal de fuerte pendiente para eliminar gravas,

llamado canal desgravador.

Los caudales de captación se calculan como vertederos:




23

Q = c . L . h1/2

En el caso deque trabajen como orificios, el caudal viene dado por la fórmula:

Q = c . A . (2gh)1/2

La longitud de las ventanas por lo general varía de 2.0 a 4.0 m dependiendo de las dimensiones de

la compuerta standard.

1.- Estructuras principales de la toma:

Las principales estructuras de la toma son:

a.- Ventana de Captación:

Las ventanas de captación son las entradas de agua de la obra de toma que en ciertos

casos están instaladas en un parámetro de concreto totalmente protegido, detrás del

vertedero de toma u orificio se colocan los mecanismos de cierre de emergencia y luego las

compuertas de control, sus mecanismos de izaje deben ser localizados en una elevación

superior a las máximas avenidas.

b.- Canal desripiador:

Entre el vertedero de captación y los orificios de toma o después de los orificios de toma se

proyecta un canal transversal al flujo con el propósito de decantar los materiales sólidos que

pudieran haber Ingresado en el bocal de toma. Este canal debe tener una fuerte pendiente

para eliminar las gravas aguas abajo del barraje.

c.- Poza de tranquilización:Como consecuencia del nivel de la cresta del barraje en la relación con la cota del lecho del

no se produce una diferencia de cargas que es necesario controlar mediante una transición o

una pasa disipadora.

Para determinar los niveles en la poza de tranquilización desde el bocal de toma al punto de

Inicio del canal de derivación se aplica sucesivamente la fórmula de Bernoulli, teniendo en

cuenta las pérdidas. Ver Figura No 3.21.




24

FIGURA No 3.21

POZA DE TRANQUILIZACION

Las principales pérdidas en la toma y poza son:

- Pérdida de entrada:

P = ke. hv

Donde:

TIPO DE ENTRADA KeEntrada abocinada 0.04Aristas redondeadas 0.23Aristas rectas 0.5

CUADRO No 4.4


- Pérdida en transiciones:

Pt = 0.10(hv1 - hv2) o 0.20(hv1 – hv2)

- Pérdida por rejillas:

Pr = Kr (S/B)4/3 Sen θ . hv

Donde:




25

Kr. : Coeficiente que depende de la forma de sección de la reja.

s. : Espesor de las rejillas

b. : Espaciamiento neto de paso entre rejillas

v. : Velocidad frente a las rejillas

: Angulo de inclinación de las rejas.

Para flujo esviajado, es decir con una desviación en sentido del flujo, la fórmula de Mosonyi

es:

Prd = b . Pr

Donde:

b : Es el ángulo con el flujo. su valor puede variar de 2 a 6 según varíe la desviación de 20°

a 60°.

- Pérdida por fricción:

d. Aliviaderos:

En algunos casos por mala operación de las compuertas de regulación Ingresan caudales

mayores al fijado para el canal de derivación por lo cual es necesario instalar aliviaderos

para esas emergencias Inmediatamente después del inicio del canal de derivación. Ver Fig.

No 3.22.

FIGURA No 3.22

ALIVIADERO DE DEMASIAS

En este caso el caudal por eliminar es:




26

Donde:

Q : Caudal evacuado por el aliviadero en m3/s

L : Longitud del aliviadero en m.

h : Diferencia de niveles en el aliviadero en m.

C: Coeficiente de descarga aprox. 0.50

2.- Mecanismos principales de la toma:

Los mecanismos principales en el bocal de toma son los siguientes:

a.- Rejillas:

Las rejillas se Instalan en el vertedero de toma o en otros casos antes de los orificios de

captación con el objeto de impedir el ingreso de materiales flotantes que lleva el rió, los

cuales pueden causar obstrucción en la captación o disminución del caudal captado. La

limpieza de los materiales adheridos a las rejas se hace mediante rastrillos mecánicos.

Las rejillas son platinas metálicas de diversas formas que pueden variar de rectangulares a

circulares, unidas mediante soldaduras formando paneles. Las separaciones de las rejillas

dependerán del material que se quiera retener generalmente varían de 4 a 8,

recomendándose que se puede disminuir el espaciamiento en la parte inferior del bocal.

Las rejillas pueden ser verticales, pero es más conveniente que tengan cierta inclinación

para facilitar su limpieza. Ver Figura No 3.23.

FIGURA No 3.23

ALIVIADERO DE DEMASIAS

Como se indico anteriormente la principal objeción en relación a la instalación de rejillas son

las pérdidas de carga que producen.

b. - Compuertas de Emergencia

Estas compuertas se instalan en la parte posterior de la pantalla frontal y como su nombre lo

indica tienen por objeto un cierre violento de las ventanas u orificios de captación.

En algunos casos se efectúa una ranura en la pantalla para soltar maderas preparadas con

ese objeto en la losa de los mecanismos de izaje o son compuertas que caen violentamente

cuando se corta sus amarras; su objetivo es evitar el ingreso de materiales arrastrados en

una avenida o huayco producido aguas arriba, evitando en esa forma el daño de las

compuertas y destrucción de la toma.




27

c.- Compuertas de regulación

Son compuertas ubicadas detrás de las primeras y que tienen por objeto regular y controlar

el caudal de ingreso, la capacidad máxima de captación del de compuertas instaladas debe

ser similar a la capacidad del canal de derivación, recomendándose que la velocidad de

ingreso frente a las compuertas sea de 2.0 a 2.5 m/s.

El caudal que pasa por cada compuerta de tipo rectangular se calcula mediante la fórmula

de orificios:

Q = C . A (2 g h)1/2

Donde:

C: coeficiente de descarga tiene un valor que varía de 0.6 a 0.8

Generalmente se usa para compuertas deslizantes el valor de C = 0.60 y para compuertas

radiales 0.72

Cuando la luz de las compuertas es muy grande es preferible dividirlas y procurar

dimensiones estándar.

d.- Compuertas de purga del canal desripiador o desgravador

La compuerta del canal desripiador tiene por objeto eliminar los materiales gruesos

depositados en el canal desripiador y eliminarlos aguas abajo de la toma.

La compuertas del canal desripiador se maniobran de acuerdo a la cantidad material

acumulado, por lo que deben ser resistentes y de operación Intermitente.

El tornero debe cuidar de la buena operación de esta compuerta, para efectuar el afine de

los caudales de captación mediante la apertura o cierre de estas compuertas.

3.- Criterios para el dimensionamiento de las compuertas:

Generalmente las compuertas se construyen de acero cuyo espesor mínimo es de 6y 10 mm. El

acero usado debe ser tratado para resistir la corrosión.

Se debe tener en cuenta los aspectos siguientes:

Altura: debe sobrepasar 0.20 m el nivel del umbral de la ventana.

Tirante de agua de rebose permisible: 0.30 a 0.50 n.

Altura de Izaje: las compuertas deben estar 1.50 a 2.00 m. sobre el nivel de la máxima avenida.

Velocidad de Izaje: se recomienda 0.30 cfi /minuto.

Tipo de izaje: usan cables cuando las luces son grandes y vástagos de acero cuando las luces

son pequeñas.

Los mecanismos de izaje para levantar las compuertas suelen ser de manual hidráulica,

electrónica y en otros por telemando es decir accionados a distancia.

La fuerza necesaria para levantar las compuertas es:

F = A.H.f + W + w

Donde:




28

H : Carga efectiva sobre la compuerta,

f : Coeficiente de fricción

W y w : Pesos de la compuerta y del vástago

A : Área de la compuerta.

Las compuertas circulares estándar, más recomendadas son:

0.457rn 18”

0.610m 24”

0.762 m 30”

0.9 14 m 36”

Las compuertas circulares se utilizan para pequeños caudales y vienen montadas conjuntamente

con los vástagos, por lo cual su instalación es sencilla.

Las compuertas deslizantes estándar se construyen de formas cuadradas y rectangulares con

diversos sistemas de izaje, las menos pesadas son izadas mediante vástagos que pueden

operarse manualmente, mientras las más pesadas tienen polines para facilitar el deslizamiento

de los mecanismos de izaje en las guías.

Las compuertas deslizantes Standard:

Tienen las siguientes dimensiones expresadas en cms. Ver Fig. No 3.24

a b a b76 76 122 12261 91 152 12291 91 152 15291 61 152 183122 91 183 15291 122 183 183107 107 200 200

CUADRO No 3.5

COMPUERTAS DESLIZANTES STANDART

FIGURA No 3.24

COMPUERTA RECTANGULAR TIPO WAGON




29

Se utilizan principalmente en las compuertas del canal de limpia y en las compuertas del bocal

de toma y en las compuertas de los conductos de fondo una represa.

Las compuertas Wagon son también deslizantes pero más pesadas y pueden emplearse para

evacuadores de crecidas y se maniobran automáticamente o por comandos mecánicos.

Las compuertas radiales Standard:

Con dimensiones en metros son:

A B1.5 1.5 a 3.02 1.5 a 4.0

2.5 1.5 a 5.03.00 a 5.00 2.0 a 6.0

CUADRO No 3.6

COMPUERTAS RADIALES STANDART

Donde:

A : Altura

B : Ancho

Las compuertas radiales o de sector son los mecanismos más recomendados para cerrar un

flujo, se usan para barrajes móviles, evacuadores de crecidas de una presa e igualmente pueden

ser utilizados en los bocales de toma. Ver Fig. No 3.25

FIGURA No 3.25

COMPUERTA RADIAL

Particularmente pueden construirse en unidades ligeras y económicas para grandes alturas de

agua. Son fáciles de operar, tienen la posibilidad de eliminar cuerpos flotantes y permiten

mantenerlas a nivel constante.

Los mecanismos de izaje de las compuertas se fabrican para operarios manualmente, mediante

motores eléctricos, servomotores, dispositivos hidráulicos y últimamente por telemando es decir

con control a distancia.




30

3.11 Muros de Encauzamiento

Son estructuras que se construyen aguas arriba y aguas abajo del barraje en ambas márgenes con

la finalidad de encauzar el flujo del río y proteger las obras de la toma.

Los muros de encauzamiento pueden ser de concreto simple de concreto armado o ser diques

construidos de tierra o de enrocamiento según los materiales que puedan conseguirse en zonas

próximas a la toma. Ver Fig. No 3.26 y No 3.27

FIGURA No 3.26

MUROS DE ENCAUSAMIENTO

FIGURA No 3.27

SECCION TIPICA DEL DIQUE DE ENCAUSAMIENTO

Para fijar la altura de los muros se calcula la curva de remanso que se producirá como

consecuencia de la implantación del barraje en el río, estos cálculos deben efectuarse en base a la

avenida máxima de diseño y considerando un periodo de retorno apropiado.

Para la determinación del borde libre se debe tener en cuenta los efectos de oleaje debido al viento.

Hacia aguas arriba finaliza el muro en el extremo de la curva de remanso, mientras que hacia aguas

abajo coincide con el final de la poza de disipación.




31

Con respecto a la cimentación los muros deben cimentarse por debajo de la profundidad de

socavación, para asegurar su estabilidad.

De acuerdo a las dimensiones del muro se los diseña teniendo en cuenta las presiones del relleno

de tierra y la presión máxima de agua. Se debe comprobar que la resultante de fuerzas pase por el

tercio central, resista el deslizamiento y no se produzca asentamientos en el terreno de cimentación.

Cálculo de la curva de remanso.

El escurrimiento de agua en los canales y en los cauces naturales no obedecen siempre a las leyes

del movimiento uniforme, debido a las irregularidades de las pendientes y de las secciones, como a

los obstáculos que se presentan en los cauces (puentes. compuertas), que crean zonas de

escurrimiento variado.

Lo anterior implica dos consideraciones:

El flujo debe ser permanente.

Las líneas de corriente sean prácticamente paralelas, para que permanezca la repartición

hidrostática de las presiones en la sección del canal.

Para el cálculo de la curva de remanso emplearemos el método standard de aproximaciones.

En los cauces naturales necesario realizar Inspecciones de campo para colectar los datos

requeridos.

Para explicar nos referiremos a la posición de la superficie de agua con respecto a un plano

horizontal, teniendo en cuenta que según la fórmula de Bernoulli:

Z1 = z2 + s . L . y1

Z2 = z2 + y2

Estableciendo la ecuación de energía:

Donde:

hf. : Pérdida por fricción

he.: Pérdida por turbulencia que puede ser apreciable en canales no prismáticos.

El factor k por cambio de carga de velocidad puede adoptar los valores siguientes:

k, varia de 0 a 0.1 y 0.2 para tramos gradualmente convergentes y divergentes respectivamente.

k = 0.5 para expansiones y contracciones abruptas.

Tenemos finalmente:

H1 = Z1 + (V1)2/2g

H2 = Z2 + (V2)2/2g

Por tanto

ef hhHH 21




32

Para el cálculo de la Curva de Remanso en un cauce natural, es conveniente efectuar el

levantamiento topográfico del tramo y verificar en el terreno los valores del Coeficiente de

Rugosidad del cauce para fijar la traza del flujo.

En los cálculos de la curva de remanso se emplea el método estándar de aproximaciones que se

tabula en el Cuadro No 3.7 donde las columnas representan los valores siguientes:

Col. (1) N de la Sección

Col. (2) kilometraje del rió

Col. (3) tirante en m.

Col. (4) área mojada en m2

Col. (5) perímetro mojado en m.

Col. (6) radio medio hidráulico A/P

Col. (7) Potencia 2/3 de la col.(6)

Col. (8) Valor del coeficiente n de Manning

Col. (9) La conducción:

3/2.Rn

AK

Col. (10) Valor de K3/A2

Col. (11) Velocidad media = Q/A Col (5)

Col. (12) Carga de Velocidad

Col. (13) Carga total = Col(3) + Col(12)

Col. (14) Gradiente de fricción = (Q/K)2. El valor de K es el valor total para la sección bajo

consideración.

Col. (15) Gradiente promedio de fricción la media con el valor calculado bajo la misma columna.

Col. (16) Longitud del tramo bajo consideración.

Col. (17) Pérdida por fricción en el tramo. Col(15). Col(16).

Col. (18) Pérdida por turbulencia. Col. (19) Carga total

Si la carga total calculada en la columna 13 es aproximadamente igual a la columna 19 se prosigue

con los cálculos de la sección siguiente.

CUADRO No 3.7

TABLA PARA CALCULO DE CURVAS DE REMANSO

3.12 PROGRAMA GENERAL DE CONSTRUCCIÓN:




33

En la construcción de una bocatoma el principal problema representa el control del rió, en el caso de

caudales máximos para lo cual será necesario conocer el régimen hidrológico que permita efectuar

las obras preliminares necesarias para la protección de las riberas así como efectuar la

programación mas conveniente para la construcción de las diversas estructuras de la toma.

En algunas oportunidades es necesario construir ataguías aguas arriba y abajo y un túnel de desvío

en una de las márgenes con la finalidad de dejar el lecho del rió totalmente seco, en este caso la

capacidad del túnel debe ser por lo menos igual a la descarga media del rió o más para asegurar la

construcción en la época de avenidas.

Considerando que se ha construido inicialmente el túnel de desvío y la ataguia de aguas arriba y

está seco el cauce o en el emplazamiento de la toma, habrá que considerar las obras en áreas sobre

el nivel freático y debajo del nivel freático para tomar las precauciones que convenga.

En la costa generalmente es de tres meses (Enero a Marzo), pero en la Selva se pude extender por

todo el año, y en la Sierra puede prolongarse hasta el mes de Mayo la época de lluvias.

Se pueden considerar según Los casos las etapas siguientes:

1.Construcción de las estructuras fuera del cauce del río, tales como muros de encauzamiento,

empalmes túnel aductor o canal de derivación.

2.Excavación de las estructuras de) canal de limpia y del bocal de toma.

3.Terminación del barraje fijo y del móvil.

4.Eliminación de ataguías y terminación de Las obras con ingreso de las aguas en el nuevo cauce.

Si el programa de obras requiriera más de un año de construcción se deberá tener en cuenta que en

las épocas de avenida, de hecho no se podrá efectuar ningún trabajo dentro de la cota de seguridad

establecida para la obra de desvió, en ese caso la capacidad del túnel de desvío tendrá que

proyectarse con mayor capacidad y tomar Las precauciones necesarias para el avance de las obras.

1.- Estudios para el diseño y construcción de la toma

Es importante la investigación geológica y geotécnica del área donde se construirá la toma, dado

que en base a sus resultados se optará por los procedimientos más convenientes de

construcción.

Las investigaciones que se efectúan son las siguientes:

Investigación Geotécnica y de Mecánica de Suelo.

Se efectúan mediante un reconocimiento previo de la geología superficial y de un programa de

perforaciones diamantinas y calicatas con el objetivo de conocer los diferentes materiales y

estratos del lecho del río hasta el bed rock. En algunos casos esta investigación se complementa

con ensayos, de prospección eléctrica y sísmica.

Cuando las condiciones lo permiten se construyen calicatas en las márgenes del río para una

visualización directa de los estratos y para la realización de pruebas de mecánica de suelos.

Investigaciones en el Área de cimentación del barraje:




34

Tienen por objeto conocer las características de los suelos como son: ensayos de penetración

standard, ensayos de carga, ensayos de hincado de pilotes y de tablestacados, que permiten

definir los procedimientos de construcción y diseños.

2.- Determinación del tipo de cimentación del Barraje

Las Investigaciones efectuadas mediante las perforaciones diamantinas permiten definir el tipo

de cimentación del barraje, cuando es posible cimentarlos apoyados directamente en el bed rock

se dice que son el tipo fijo, en cambio cuando el material rocoso está muy profundo se cimenta

directamente en las capas de gravas y arenas, se denomina de tipo flotante.

Para la selección del tipo de estructura se debe tener en cuenta su seguridad contra la erosión,

permeabilidad y el costo de su construcción.

3.13 DISEÑO ESTRUCTURALTodas las presas derivadoras deben estructuralmente cumplir los requisitos de seguridad siguientes

1. Resistencia a las fuerzas de gravedad

2. Resistencia a las fuerzas dinámicas e

3. Impermeabilidad

1.- Resistencia a las fuerzas de gravedad.

El diseño estructural de la presa en lo referente a las fuerzas de gravedad debe considerar las

fuerzas estáticas siguientes:

Peso Propio

Presión del agua

Empuje de tierra

Peso del agua

Supresión

Para establecer la estabilidad se debe garantizar:

Resistencia al vuelco:

Se expresa:

2h

vv M

MC

Donde:

Mv: Momento de cargas verticales con respecto al punto O, extremo del tercio central de la base.

Mh: Momento de las cargas horizontales con respecto a O.

Resistencia al deslizamiento:

2.

h

vd F

fFC

Donde:

Fv : Suma de fuerzas verticales




35

f. : Coeficiente de fricción

Fh.: Suma de fuerzas horizontales.

Resistencia al aplastamiento:

Se expresa que los esfuerzos de compresión máxima en el barraje y en el suelo de cimentación

deben ser menores al esfuerzo permisible.

Es decir:

ff max permisible

2.- Resistencia a las fuerzas dinámicas.Tanto la cresta y el colchón disipador se deben proteger al paso de las avenidas máximas como

a la posible erosión ocasionada por materiales de arrastre y flotantes. El impacto de estos

materiales pueden erosionar las paredes y provocar la destrucción de las estructuras, en algunos

casos será necesario recubrirlos con planchas de acero o con piedras. Igualmente deben

protegerse el colchón mediante uñas para evitar su socavación.

3.- Impermeabilidad.

Se debe procurar que el barraje sea impermeable o lo menos permeable posible y lo mismo

deben evitarse filtraciones en la cimentación, evitando en lo posible velocidades que pudieran

arrastrar los materiales finos y producir cangregeras que pueden ocasionar asentamientos.

Algunas soluciones para evitar estos inconvenientes son:

Colocación de tablestacados debajo de la presa, o cortinas mediante muros de concreto o de

pilotes y asegurar una longitud conveniente de la poza de disipación para evitar el sifonamiento.

RECOMENDACIONES:

La toma es una de las principales estructuras de un proyecto hídrico, por lo cual debe diseñarse

con toda seguridad, y no adaptando soluciones de otras presas derivadoras, dado que cada

proyecto tiene condiciones diferentes.

Los estudios de ubicación y los de la ideología de la cuenca superior son muy Importantes, así

como el análisis de aluviones que pueden comprometer el cauce.

La toma de Chavimochic fue necesario modificarla por el relleno aluvial producido en la ubicación

de la torna. Igualmente otras tomas quedaron secas por cambios del flujo del rió.

Las superficies de todos los elementos de la estructura deben tener una apariencia terminada y

exenta de irregularidades.

Para definir los diseños conviene efectuar modelos hidráulicos reducidos con lechos móviles

para estudiar el régimen del rió, las estructuras del barraje fijo, compuertas de limpia.

desgravadores y el bocal de toma.

Como la toma es una de las estructuras más caras conviene determinar su vida útil en función

del costo total del proyecto y procurando ocasionar las menores perdidas en el mismo.

Capitulo III Obras de Captacion Aamp - Copia

Documents

Transcript of Capitulo III Obras de Captacion Aamp - Copia