Capitulo III Obras de Captacion

7/31/2019 Capitulo III Obras de Captacion

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU FACULTAD DE INGENIERIACURSO:

CAPITULO III: OBRAS DE CAPTACION

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DOCENTE: Msc Ing. ABEL A. MUIZ

CAPITULO III

ESTRUCTURAS DE CAPTACION

BOCATOMAS

3.1 GENERALIDADES

La presa derivadora llamada tambin 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 ri

a un canal con la finalidad de utilizar el agua en irrigacin, generacin de energa elctrica o en un

proyecto de abastecimiento de agua.

Tambin se llaman tomas a las estructuras que permiten abastecer un canal desde el desage de

una laguna natural o de una presa artificial.

Las obras de derivacin ms rudimentarias son las que se construyen mediante un estacado

instalado transversalmente al ri (llamados en el Per caballos) y que se rellenan con piedras y

material de acarreo del ri. Ver Figura No 4.1 Toma Rstica.

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

La mayora de presas del tipo de barraje, son diseadas para que las avenidas del ro pasen por

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

enrocados y materiales de acarreo.

La construccin de una toma en el curso de un ro representa la alteracin de las condiciones

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

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

condiciones normales del rgimen de aguas del ri. Especialmente al implantar en el curso del ri

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


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3.2 UBICACIN.

El estudio de ubicacin de la toma debe ser muy cuidadoso para evitar los problemas mencionados,

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

ri.

Es necesario efectuar estudios de transporte de slidos y de materiales flotantes, como analizar lascondiciones hidrolgicas de la cuenca superior para determinar las mximas avenidas, los caudales

medios y mnimos, as como evitar los tramos de fuerte pendiente.

En el presente capitulo nos referiremos nicamente a tomas construidas en el curso de un ro y no a

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

a. Volumen ro y volumenderivado

Para ubicar la toma es preciso la comparacin entre la masa meda del ri y la por derivar al

proyecto, se presentan los casos siguientes:

Superficie de riego grande y volumen de ro escaso.

Superficie de riego y el volumen disponible del ri balanceados.

Superficie de riego limitada y volumen disponible abundante.

En el primer caso para ubicar la toma se selecciona la zona ms adecuada de toma en el ro y

desde ese punto se traza el canal de derivacin hacia las reas por regar.

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

traza el canal con rumbo al ro con pendientes correspondientes a la velocidad de erosin y a la

de sedimentacin, en este espacio se elige la ubicacin ms favorable.

b. Alineamiento delcauce

Se debe considerar los siguientes:

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

constante.

En tramos curvos, se escoger la parte cncava, que permite una mejor captacin porefecto

de la aceleracin del movimiento (Ley de Coriolis). La ubicacin de la toma es ms favorable

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

Tramos angostos que permitan construir una presa derivadora ms corta y econmica


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c. Condiciones Geolgicas

FIG. No 3.1

UBICACIN DE BOCATOMAS EN TRAMOS CURVOS

Es sumamente importante analizar las condiciones geolgicas siguientes:

1c. formaciones geolgicas de la cimentacin:que determinen buena resistencia de los suelos y

permeabilidad reducida en el lecho del ri.

2c. Presencia de material slido de arrastre y en suspensin: 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 derivacin.

Finalmente la ubicacin de la toma debe asegurar la captacin del agua an en las pocas de

estiaje.

Existen diseos de una presa derivadora con estructuras de toma en ambas mrgenes; por lo cual

en los estudios de ubicacin es necesario analizar esta posibilidad.


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ltimamente se han diseado tomas de este tipo en el ri Rimac (toma Atarjea) y en el ro 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 UBICACIN DE LA BOCATOMA

En la ubicacin de la bocatoma se efectan los trabajos siguientes:a) Topografa:

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 rea que sobrepase los niveles de la traza de

mximas avenidas.

En el rea de las estructuras de toma se efectan 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 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 ubicacin de la toma.

b) Estudios de transporte de slidos:

Los slidos son perjudiciales en las estructuras de un proyecto hidrulico dado, que producen

erosin en los revestimientos de los canales o en otros casos reduccin de la seccin til.

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

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

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

suspensin. Igualmente se deben realizar anlisis mineralgicos y qumicos de las partculas para

conocer sus propiedades abrasivas.

c) Estudios hidrolgicos:

Es de suma importancia conocer el comportamiento hidrolgico del ro, para lo cual es necesario

evaluar la estadstica hidrolgica siguiente:

- Caudales de avenidas mximas que permitan fijar los niveles mximos de los muros de

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

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

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

d) Estudios Geolgicos y Geotcnicos:

Los estudios geolgicos pueden comprender reas extensas hacia aguas arriba, ubicando reas

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

geolgicos ejecutando perforaciones diamantinas e investigaciones de Mecnica de Suelos para

lo cual conviene verificar lo siguiente:


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- La curva de gradacin del material conformante del lecho del ro.

- El coeficiente de permeabilidad del suelo de la cimentacin.

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

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

- Los coeficientes de diseo ssmico y

- Los coeficientes de friccin esttica del material de cimentacin.Ver Figura N 4.2

FIG. No 3.2

ESTUDIOS GEOTCNICOS Y GEOLGICOS

e) Otros estudios:

En algunos casos ser necesario efectuar los siguientes estudios:

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

- Estudios de restos arqueolgicos 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 ro, en esas

condiciones se denominan tomas rsticas.

Si se construye una presa en el ro 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 disear cuando no se quiere tener una estructura costosa, se trata de una toma que

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


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derivadora, sin embargo puede tener una disminucin de la captacin en las pocas de estiaje y ser

obstruida en las crecidas del ri.

FIG. No 3.3

BOCATOMA DIRECTA

Existen dos variantes en esta solucin:

- LA BOCATOMA DIRECTA FRONTAL:

Que tiene captacin normal a la direccin 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 captacin en la margen del ri mediante una abertura ejecutada en la misma y se controla el

ingreso de agua en forma transversal al flujo del ri mediante compuertas, evitando as el ingreso

de slidos.


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-FIG. No 3.5

BOCATOMA DIRECTA LATERAL

BOCATOMAS CON PRESA DERIVADORA:

Se trata de una toma que realiza la captacin de las aguas del ro mediante el cierre del cauce con

una presa derivadora, que asegura una captacin ms 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 rgido,

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

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

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

FIG. No 3.6BOCATOMA DE BARRAJE FIJO

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

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

para modificar el tirante de aguas y para la eliminacin de los slidos. Se prefiere en ros caudalosos

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


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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 mvil. Esta solucin es ideal para los ros de la costa peruana,

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

Per son muy jvenes y arrastran gran cantidad de sedimentos en las pocas de crecidas. Este tipo

de bocatomas corresponde a las tomas de Chao y Vir.

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

captacin se encuentran dentro de la seccin de la presa derivadora, en una cavidad protegida por

rejillas, que impiden el ingreso de materiales slidos. Estas tomas no son recomendables en ros

donde el arrastre de sedimentos es muy intenso.

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

son limpias, en el caso de ros torrentosos debe evitarse la obstruccin de las rejillas y tomar

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


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FIG. No 3.8

BOCATOMA CAUCASIANA O SUMERGIDA

Bocatoma con Presa de Regulacin: En algunos casos se ubica una presa de regulacin en el

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

como ha sido diseada la toma de la C.H. Carhuaquero. Tambin es posible tener un almacenamiento

junto a la toma.

3.5 DAOS CAUSADOS POR LOS SLIDOS

En el diseo de la toma es necesario tener en cuenta los daos producidos por las partculas slidas

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. Saltacin, cuando la partcula se levanta del fondo y se mantiene en el seno del lquido un lapso

corto de tiempo y su avance se realiza a saltos.

c. Suspensin, para esta condicin la partcula debe ser muy pequea o la turbulencia del agua

debiera sergrande.

El arrastre de slidos puede ser perjudicial incluso en los cauces estables y mucho ms en los de

fondos mviles.

Los problemas principales que producen los slidos son los siguientes:a. Deposicin de materiales slidos en los canales de conduccin, produciendo la reduccin de su

seccin.

b. Erosin de los revestimientos de los canales.

c. Disminucin de la capacidad de captacin de la toma y en algunos casos es motivo que las

tomas se queden en seco.

d. Deterioro y erosin de las agujas y paletas de las turbinas de las Centrales Hidroelctricas.


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3.6 ESTRUCTURAS PRINCIPALES DE UNA BCATOMA

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

del ro, el transporte de los slidos, el caudal de la captacin, las caractersticas del lecho del ro, su

seccin transversal.

Los elementos principales son los siguientes:

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

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

concreto armado, presa de gravedad o de tierra.

b) Presa derivadora:

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

el tirante y facilitar el ingreso de agua, el cual posee una longitud igual al ancho del ro.

Como se indic anteriormente existen tres soluciones, la toma de barraje fijo, barraje mvil y

barraje mixto.

e) Canal de Limpia:

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

de captacin.

d) Bocal de torna:

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

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

de rejillas y de compuertas de regulacin.

FIG. No 3.9

ESTRUCTURAS PRINCIPALES DE UNA BOCATOMA

3.7 DISEO HIDRULICO DE LA PRESA DERIVADORA O BARRAJE.

1. Altura del barraje:

La altura del barraje tiene por objeto asegurar la derivacin 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 ser:


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Cc = Co + ho + h + 0.20

Donde:

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

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

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

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

caudales proyectados en el canal de derivacin ms las prdidas que ocurrirn en la toma.

2. Forma de la cresta del barraje.

FIG. No 3.10

ALTURA 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 expresin siguiente:

xnk.H

Donde:

n1.y

x, y : Coordenadas del perfil de la cresta.

Hd : Carga neta sobre la crestak.n : Parmetros que dependen de la inclinacin de la superficie de aguas arriba

INCLINACION K n

Vertical 2.000 1.850

3:1 1.936 1.000

3:2 1.939 1.810

3:3 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 podran generarcavitacin ocasionando daos al concreto. Ver Figura No 3.11.


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e

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 rgimen. As una longitud ms angosta

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

barraje amplia puede ocasionar azolves aguas arriba originando pequeos cauces, que dificultanla captacin en la toma.

4. Capacidad de descarga del vertedor.

La frmula general de los vertedores es la siguiente:

Q CxL xH3 / 2

Donde:

Q : Descarga en m3/seg.

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

Tambin se expresa:C = K/3.28

Donde K vara 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 : Nmero de pilares.

Kp: Coeficiente de contraccin de los pilares

km: Coeficiente de contraccin lateral pormuros

Ho: Carga de operacin

Los valores de kp varan desde 0.025 a 0.10


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

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

descarga se determina con la frmula general de orificios siguiente:

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

Donde:A : rea del orificio en m2.

g : Aceleracin 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 colchn de disipacin.

FIG. No 3.12

ESQUEMA TIPICO PARA EL ANALISIS HIDRAULICO

a. Calculo de tirante al pie del barraje

Segn la frmula de Bernoulli tenemos:

2 2

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

Donde:

C0 : Cota de la cresta del vertedero

C1 : Cota del colchn 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: Prdida de carga entre 0 - 1

Considerando que d1 0.10m; debe cumplirse que:

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


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

conjugado.

El valor de r se calcula con la siguiente relacin:

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

b. Calculo de tirante conjugadoSegn la ecuacin de tirantes conjugados el valor de d2 se determina con:

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

Por lo tanto:2 2

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

Para comprobar es necesario efectuar un nuevo Bernoulli:

c. Calculo de tirante normal.

Al final del colchn disipador el flujo debe recuperar el tirante normal de acuerdo a la seccin

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

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

Su expresin es:

2 2

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

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

de tranquilizacin hasta que se cumpla la ecuacin anterior.

3.8 SOLADO O COLCHN DISIPADOR:

Como consecuencia de la colocacin de la presa derivadora o barraje en el cauce del ro se origina

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

energa cintica que causa erosin, por lo cual es conveniente instalar un colchn disipador para

producir el salto hidrulico y amortiguar la energa. Ver Figura No 3.12.

FIG. No 3.12

PERFIL BARRAJE PRESA DERIVADORA


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La necesidad de una poza de disipacin y la forma de resalto est ntimamente relacionada al

nmero de Froude que se expresa:

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

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

F = 1 : El rgimen es crtico y el resalto no puede formarse.F < 1.7 : No es necesario la posa de disipacin.

1.7>FFFF : 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.- Clculo de la Longitud del Colchn disipador

Para calcular la longitud del salto hidrulico existen varias frmulas empricas 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)


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FIG. No 3.15

TANQUE AMORTIGUADOR TIPO USRB (I)

El grfico de Bakhmeteff est en funcin del nmero de Froude y de la relacin L1/d1.

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

FIG. No 3.16EXPERIMENTOS DE BAKHMETEFF

Entre las frmulas 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 ofReclamation.L = 4 d2

b.- Control de la filtracin.

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

materiales finos creando el fenmeno llamado de la tubificacin.

Segn Lane el camino de percolacin viene dado por la frmula:


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Lw = LV + (LH/3)

Que indica que el camino de percolacin es la sumatoria de los recorridos verticales ms un

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

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

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

cargas hidrostticas aguas arriba de la presa vertedora y de la ua de la poza de disipacin. Ver

Fig. No 3.17.

Su expresin es:

Lw = C.h

Donde:

Lw, : Longitud del camino de percolacin

h : Diferencia de carga hidrosttica entre la cresta del barraje y la ua terminal de la poza de

disipacin.

C : Coeficiente de Lane.

COEFICIENTES DE LANE

MATERIAL C

Arena muy fina o limo 8.50

Arena fina 7.00

Arena tamao media 6.00

Arena gruesa 5.00

Grava fina 4.00

Grava media 3.50

Grava gruesa 3.00

Bloques con grava 2.50

Arcilla plastica 3.00Arcilla de consistencia media 2.00

Arcilla dura 1.80

Arcilla muy dura 1.60

CUADRO No 3.2

COEFICIENTES DE LANE

FIG. No 3.17

CAMINO DE PERCOLACION

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

requerida por la percolacin segn la frmula de Lane, se puede endentar el perfil inferior de la

losa construir tablestacados con la finalidad de alargar el camino de percolacin.


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

lloradores con tubos de 6 a 8 de dimetro, para disminuir la presin.

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

camino de percolacin.

c.- Espesor del SoladoEl espesor del solado de la poza de tranquilizacin est en funcin de la supresin que debe ser

contrarrestada por el peso de la losa, es decir:

W Sp

Donde:

W : Peso.

Sp: Supresin.

O tambin:

.A.e = .A.h

Donde:

B : Peso especfico del material del solado.

A :rea.

e : Espesor del solado.

: Peso especfico del agua.

h : Carga hidrosttica.

Portanto:

e = h. /

Por seguridad debe ser corregido y se tiene:

e = 4/3 .h. /

El espesor de la losa del colchn disipador es:

e = 4/3 H

Donde:T : Espesor en m.

H : Valor mximo de la supresin en kg/m2.

Ver Figura No 3.18


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FIG. No 3.18

EFECTO DE LA SUBPRESION

d.- Enrocado de Proteccin o escollera

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

la erosin y contrarrestar el arrastre del material fino por accin de la filtracin. La longitud de

escollera recomendada viene dada por la frmula 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 colchn. Ver Figura N 3.19

FIG. No 3.19

LONGITUD DEL COLCHON

Los coeficientes de Bligh segn el material son:

COEFICIENTES DE BLIGH

LECHO DEL CAUCE C

Arena fina y limo 18

Arena fina 15

Arena gruesa 12

Grava y arena 9Bolones y arena 4 a 6

Arcilla 6 a 7

CUADRO No 3.3


3.9 DISEO DEL CANAL DE LIMPIA.


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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 captacin en las pocas de

estiaje especialmente en ros con gran variacin de caudales como los de la costa peruana.

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

ngulos entre 60 y 90 con el eje de captacin.

Para separar el canal de limpia del tramo de barraje fijo se construye un muro gula que permiteencauzar mejor las aguas hacia el canal de limpia.

a. Velocidad de arrastre.

La magnitud de la velocidad para iniciar el arrastre de los slidos depositados viene dada por la

frmula:

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

Donde:

Vc : Velocidad requerida para iniciar el arrastre.

C : Coeficiente en funcin del material.

Arena y grava redondeada : 3.2

Grava rectangular : 3.9

Arena y grava : 3.5 a 4.5

d : Dimetro del grano mayor.

Vs: Velocidad de arrastre.

FIG. No 3.20

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


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b. Ancho del canal de limpia.

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

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

medio del ro.

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 dcimo 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 mnimo de 5.00 metros o mltiplos 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 = (V )

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.: Aceleracin 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 ro se

calcula segn la frmula:

Donde:

Sc.: Pendiente del canal de limpia.

n . : Coeficiente de rugosidad de Manning

g . : Aceleracin 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 centmetros a 1.20 metros

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

de tranquilizacin del barraje fijo.

1. Estructuras principales del canal de limpia.


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El canal de limpia o barraje mvil tiene generalmente un muro gua que separa el barraje fijo

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

aguas abajo separando la poza de disipacin en dos segmentos.

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

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

Generalmente aguas abajo de las compuertas hay una poza de disipacin para producir elsalto hidrulico.

2. Mecanismos principales del canal deLimpia.

Los mecanismos que permiten eliminar los materiales slidos que se depositan frente a la

torna y regulan las aguas frente a la torna en las pocas 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 mxima avenida para evitar que puedan daarse.

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

de forma rectangular izadas mediante vstagos si son pequeas y en el caso de ser grandes

se izan mediante polines y cadenas.

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

compuertas radiales de mayores dimensiones y efectuar la regulacin de la captacin

mediante las compuertas de los desgravadores.

3.10 TOMA O CAPTACION.

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

puede quedar con un ngulo 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 agrcola o de acuerdo a las capacidades de la central hidroelctrica o del

proyecto de abastecimiento de agua potable considerando adicionalmente las prdidas necesarias

para eliminar los sedimentos que pudieran ingresar.

La velocidad de entrada del agua por los vanos del bocal de captacin 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 mnimo.

La toma generalmente es forma abocinada, en la parte anterior se Instalan los orificios de captacinseparados por muros, y los flujos de cada compuerta se amortiguan en una posa de tranquilizacin

que termina en el punto inicial del canal de derivacin.

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

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

llamado canal desgravador.

Los caudales de captacin se calculan como vertederos:


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Q = c . L . h1/2

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

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

La longitud de las ventanas por lo general vara 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 Captacin:

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

casos estn instaladas en un parmetro de concreto totalmente protegido, detrs 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 elevacin

superior a las mximas avenidas.

b.- Canal desripiador:

Entre el vertedero de captacin y los orificios de toma o despus de los orificios de toma se

proyecta un canal transversal al flujo con el propsito de decantar los materiales slidos 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 tranquilizacin:

Como consecuencia del nivel de la cresta del barraje en la relacin con la cota del lecho del

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

una pasa disipadora.

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

Inicio del canal de derivacin se aplica sucesivamente la frmula de Bernoulli, teniendo en

cuenta las prdidas. Ver Figura No 3.21.


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FIGURA No 3.21

POZA DE TRANQUILIZACION

Las principales prdidas en la toma y poza son:

- Prdida de entrada:

P = ke. hv

Donde:

TIPO DE ENTRADA Ke

Entrada abocinada 0.04

Aristas redondeadas 0.23

Aristas rectas 0.5

CUADRO No 4.4


- Prdida en transiciones:

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

- Prdida porrejillas:4/3

Pr = Kr(S/B)

Donde:

Sen . hv


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

s. : Espesor de las rejillas

b. : Espaciamiento neto de paso entre rejillas

v. : Velocidad frente a las rejillas

: Angulo de inclinacin de las rejas.

Para flujo esviajado, es decir con una desviacin en sentido del flujo, la frmula de Mosonyi

es:

Prd = b . Pr

Donde:

b : Es el ngulo con el flujo. su valor puede variar de 2 a 6 segn vare la desviacin de 20

a 60.

- Prdida porfriccin:

d. Aliviaderos:

En algunos casos por mala operacin de las compuertas de regulacin Ingresan caudales

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

para esas emergencias Inmediatamente despus del inicio del canal de derivacin. VerFig.

No 3.22.

FIGURA No 3.22

ALIVIADERO DE DEMASIAS

En este caso el caudal por eliminares:


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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

captacin con el objeto de impedir el ingreso de materiales flotantes que lleva el ri, los

cuales pueden causar obstruccin en la captacin o disminucin del caudal captado. La

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

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

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

dependern del material que se quiera retener generalmente varan de 4 a 8,

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

Las rejillas pueden ser verticales, pero es ms conveniente que tengan cierta inclinacin

para facilitar su limpieza. Ver Figura No 3.23.

FIGURA No 3.23

ALIVIADERO DE DEMASIAS

Como se indico anteriormente la principal objecin en relacin a la instalacin de rejillas son

las prdidas 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 captacin.

En algunos casos se efecta 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 dao de las

compuertas y destruccin de la toma.


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c.- Compuertas de regulacin

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

el caudal de ingreso, la capacidad mxima de captacin del de compuertas instaladas debe

ser similar a la capacidad del canal de derivacin, recomendndose 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 frmula

de orificios:

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

Donde:

C: coeficiente de descarga tiene un valor que vara 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 estndar.

d.- Compuertas de purga del canal desripiador odesgravador

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 operacin Intermitente.

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

los caudales de captacin 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 mnimo es de 6y 10 mm. El

acero usado debe ser tratado para resistir la corrosin.

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 mxima avenida.

Velocidad de Izaje: se recomienda 0.30 cfi /minuto.

Tipo de izaje: usan cables cuando las luces son grandes y vstagos de acero cuando las lucesson pequeas.

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

electrnica 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:


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H : Carga efectiva sobre la compuerta,

f : Coeficiente de friccin

W y w : Pesos de la compuerta y del vstago

A : rea de la compuerta.

Las compuertas circulares estndar, ms recomendadas son:0.457rn 18

0.610m 24

0.762 m 30

0.9 14 m 36

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

con los vstagos, por lo cual su instalacin es sencilla.

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

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

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

de los mecanismos de izaje en las guas.

Las compuertas deslizantes Standard:

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

a b a b

76 76 122 122

61 91 152 122

91 91 152 152

91 61 152 183122 91 183 152

91 122 183 183

107 107 200 200

CUADRO No 3.5

COMPUERTAS DESLIZANTES STANDART

FIGURA No 3.24

COMPUERTA RECTANGULAR TIPO WAGON


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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 tambin deslizantes pero ms pesadas y pueden emplearse para

evacuadores de crecidas y se maniobran automticamente o por comandos mecnicos.

Las compuertas radiales Standard:

Con dimensiones en metros son:

A B

1.5 1.5 a 3.0

2 1.5 a 4.0

2.5 1.5 a 5.0

3.00 a 5.00 2.0 a 6.0

Donde:

A :Altura

B :Ancho

CUADRO No 3.6

COMPUERTAS RADIALES STANDART

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

flujo, se usan para barrajes mviles, 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 econmicas para grandes alturas de

agua. Son fciles 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 elctricos, servomotores, dispositivos hidrulicos y ltimamente por telemando es decir

con control a distancia.


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3.11 Muros de Encauzamiento

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

la finalidad de encauzar el flujo del ro 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 segn los materiales que puedan conseguirse en zonas

prximas 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 producir como

consecuencia de la implantacin del barraje en el ro, estos clculos deben efectuarse en base a la

avenida mxima de diseo y considerando un periodo de retorno apropiado.

Para la determinacin 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 disipacin.


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1 1

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

socavacin, para asegurar su estabilidad.

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

de tierra y la presin mxima de agua. Se debe comprobar que la resultante de fuerzas pase porel

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

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

escurrimiento variado.

Lo anterior implica dos consideraciones:

El flujo debe serpermanente.

Las lneas de corriente sean prcticamente paralelas, para que permanezca la reparticin

hidrosttica de las presiones en la seccin del canal.

Para el clculo de la curva de remanso emplearemos el mtodo standard de aproximaciones.

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

requeridos.

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

horizontal, teniendo en cuenta que segn la frmula de Bernoulli:

Z1 = z2 + s . L . y1

Z2 = z2 + y2

Estableciendo la ecuacin de energa:

Donde:

hf. : Prdida porfriccin

he.: Prdida por turbulencia que puede ser apreciable en canales no prismticos.

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:

H = Z + (V )2/2g

H2 = Z2 + (V2) /2g

Portanto

H1H

2hf he


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

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

Rugosidad del cauce para fijar la traza del flujo.

En los clculos de la curva de remanso se emplea el mtodo estndar de aproximaciones que se

tabula en el Cuadro No 3.7 donde las columnas representan los valores siguientes:Col. (1) N de la Seccin

Col. (2) kilometraje del ri

Col. (3) tirante en m.

Col. (4) rea mojada en m2

Col. (5) permetro mojado en m.

Col. (6) radio medio hidrulico A/P

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

Col. (8) Valor del coeficiente n de Manning

Col. (9) La conduccin:

KA

.R2 / 3

n

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 friccin = (Q/K)2. El valor de K es el valor total para la seccin bajo

consideracin.

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

Col. (16) Longitud del tramo bajo consideracin.

Col. (17) Prdida por friccin en el tramo. Col(15). Col(16).

Col. (18) Prdida 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 clculos de la seccin siguiente.

CUADRO No 3.7

TABLA PARA CALCULO DE CURVAS DE REMANSO

3.12 PROGRAMA GENERAL DE CONSTRUCCIN:


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En la construccin de una bocatoma el principal problema representa el control del ri, en el caso de

caudales mximos para lo cual ser necesario conocer el rgimen hidrolgico que permita efectuar

las obras preliminares necesarias para la proteccin de las riberas as como efectuar la

programacin mas conveniente para la construccin de las diversas estructuras de la toma.

En algunas oportunidades es necesario construir ataguas aguas arriba y abajo y un tnel de desvo

en una de las mrgenes con la finalidad de dejar el lecho del ri totalmente seco, en este caso lacapacidad del tnel debe ser por lo menos igual a la descarga media del ri o ms para asegurar la

construccin en la poca de avenidas.

Considerando que se ha construido inicialmente el tnel de desvo y la ataguia de aguas arriba y

est seco el cauce o en el emplazamiento de la toma, habr que considerar las obras en reas sobre

el nivel fretico y debajo del nivel fretico 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 ao, y en la Sierra puede prolongarse hasta el mes de Mayo la poca de lluvias.

Se pueden considerar segn Los casos las etapas siguientes:

1.Construccin de las estructuras fuera del cauce del ro, tales como muros de encauzamiento,

empalmes tnel aductor o canal de derivacin.

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

3.Terminacin del barraje fijo y del mvil.

4.Eliminacin de ataguas y terminacin de Las obras con ingreso de las aguas en el nuevo cauce.

Si el programa de obras requiriera ms de un ao de construccin se deber tener en cuenta que en

las pocas de avenida, de hecho no se podr efectuar ningn trabajo dentro de la cota de seguridad

establecida para la obra de desvi, en ese caso la capacidad del tnel de desvo tendr que

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

1.- Estudios para el diseo y construccin de la toma

Es importante la investigacin geolgica y geotcnica del rea donde se construir la toma, dado

que en base a sus resultados se optar por los procedimientos ms convenientes de

construccin.

Las investigaciones que se efectan son las siguientes:

Investigacin Geotcnica y de Mecnica de Suelo.

Se efectan mediante un reconocimiento previo de la geologa superficial y de un programa deperforaciones diamantinas y calicatas con el objetivo de conocer los diferentes materiales y

estratos del lecho del ro hasta el bed rock. En algunos casos esta investigacin se complementa

con ensayos, de prospeccin elctrica y ssmica.

Cuando las condiciones lo permiten se construyen calicatas en las mrgenes del ro para una

visualizacin directa de los estratos y para la realizacin de pruebas de mecnica de suelos.

Investigaciones en el rea de cimentacin del barraje:


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Tienen por objeto conocer las caractersticas de los suelos como son: ensayos de penetracin

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

definir los procedimientos de construccin y diseos.

2.- Determinacin del tipo de cimentacin del Barraje

Las Investigaciones efectuadas mediante las perforaciones diamantinas permiten definir el tipode cimentacin 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 est muy profundo se cimenta

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

Para la seleccin del tipo de estructura se debe tener en cuenta su seguridad contra la erosin,

permeabilidad y el costo de su construccin.

3.13 DISEO ESTRUCTURAL

Todas las presas derivadoras deben estructuralmente cumplir los requisitos de seguridad siguientes

1. Resistencia a las fuerzas de gravedad

2. Resistencia a las fuerzas dinmicas e

3. Impermeabilidad

1.- Resistencia a las fuerzas de gravedad.

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

fuerzas estticas siguientes:

Peso Propio

Presin del agua

Empuje de tierra

Peso del agua

Supresin

Para establecer la estabilidad se debe garantizar:

Resistencia al vuelco:

Se expresa:

C Mv 2

vM

h

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:

Fv.f

2

h

Donde:

Fv : Suma de fuerzas verticales


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f. : Coeficiente de friccin

Fh.: Suma de fuerzas horizontales.

Resistencia al aplastamiento:

Se expresa que los esfuerzos de compresin mxima en el barraje y en el suelo de cimentacin

deben ser menores al esfuerzo permisible.Es decir:

fmax

fpermisible

2.- Resistencia a las fuerzas dinmicas.

Tanto la cresta y el colchn disipador se deben proteger al paso de las avenidas mximas como

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

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

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

protegerse el colchn mediante uas para evitar su socavacin.

3.- Impermeabilidad.

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

deben evitarse filtraciones en la cimentacin, 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:

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

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

RECOMENDACIONES:

La toma es una de las principales estructuras de un proyecto hdrico, por lo cual debe disearse

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

proyecto tiene condiciones diferentes.

Los estudios de ubicacin y los de la ideologa de la cuenca superior son muy Importantes, as

como el anlisis de aluviones que pueden comprometer el cauce.

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

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

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

exenta de irregularidades.

Para definir los diseos conviene efectuar modelos hidrulicos reducidos con lechos mviles

para estudiar el rgimen del ri, las estructuras del barraje fijo, compuertas de limpia.

desgravadores y el bocal de toma.

Como la toma es una de las estructuras ms caras conviene determinar su vida til en funcin

d l t t t l d l t d i l did l i

Capitulo III Obras de Captacion

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