INTRODUCCION El primer punto de flujo de un sistema de agua esta en la fuente, donde el agua se recolecta en una bocatoma y luego se canaliza dentro de la tubera. En este informe se discutirn varios tipos de trabajo de bocatomas, como son bocatomas de manantiales y de riachuelos, represas, proteccin de fuentes, etc.

Debido a la disparidad de una fuente, nunca habr un diseo estndar que se pueda construir universalmente para cada sistema. Sin embargo, los trabajos de bocatoma tienen que incorporar caractersticas de diseos estndar que permitan un control adecuado del agua, oportunidad de sedimentacin y prevencin de futura contaminacin. Estas caractersticas de diseo sern el tema bsico de este capitulo. Queda a criterio del diseador el incorporarlas dentro de su plan para los trabajos de bocatoma. El supervisor de la construccin debe tambin estar alerta sobre estos principios de manera que pueda hacer modificaciones en el caso que se presenten problemas imprevistos.El propsito fundamental del trabajo de bocatoma es el de recolectar agua desde uno o varios puntos y concentrar este caudal en un solo punto: la entrada a la tubera. Si el agua esta sucia, tendr que dejrsele asentar, relativamente quieta por un periodo de tiempo. El agua deber estar protegida, lo mas que sea posible contra otras contaminaciones (escorrentas de lluvia, animales de pastoreo, y lugareos curiosos). Debe ser construida (la bocatoma) de tal manera que dure lo que dura el sistema.El nmero de posibles formas de diseo de una bocatoma para una fuente es infinito, influenciado por factores tales como, material disponible, caudal de fuente, nivel de creciente, estabilidad del suelo, topografa de la zona, etc. Este informe presentara varios diseos diferentes, todos los cuales se han usado con xito en el pasado y por medio de los cuales el diseador podr modificar y desarrollar una bocatoma adecuada para su propio sistema.BOCATOMADefinicin:

Las obras de toma o bocatomas son las estructuras hidrulicas construidassobre un ro o canal con el objeto de captar, es decir extraer, una parte o la totalidad del caudal de la corriente principal. Las bocatomas suelen caracterizarse principalmente por el Caudal de Captacin, el que se define como el gasto mximo que una obra de toma puede admitir; son utilizadas para un fin especfico, como pueden ser abastecimiento de agua potable, riego, generacin de energa elctrica, acuicultura, enfriamiento de instalaciones industriales, etc.Tradicionalmente las bocatomas se construan, y en muchos sitios se construyen aun, amontonando tierra y piedra en el cauce de un ro, para desviar una parte del flujo hacia el canal de derivacin. Normalmente estas rudimentarias construcciones deban ser reconstruidas ao a ao, pues las avenidas las destruan sistemticamente.El tema de las bocatomas es siempre actual. En el Per hay en operacin un gran nmero de obras de toma para aprovechamiento hidrulico. El diseo de estas estructuras es casi siempre difcil y debe recurrirse tanto a mtodos analticos como a la investigacin en modelos hidrulicos. La observacin y anlisis del comportamiento de las obras de toma en funcionamiento es muy importante.Las bocatomas construidas tcnicamente constan en general de las siguientes partes: Vertedero fijo o presa derivadora:El vertedero o presa derivadora es estructuralmente un azud. Es una presa vertedora. Suele llamrsele barraje. Su funcin es la de elevar el nivel del agua para alcanzar el requerido por las necesidades de captacin. El azud crea la carga necesaria sobre el canal de derivacin para que pueda ingresar el Caudal de Diseo. Es decir, obliga al agua a entrar a la captacin.

En tal sentido es una presa derivadora, diferente a las presas de almacenamiento. En consecuencia, su altura sobre el lecho del ro suele ser pequea (algunos pocos metros). A su vez el azud debe permitir el paso de las grandes avenidas, especficamente de la Avenida de Diseo, la que como se ha dicho es el mximo caudal del ro que puede soportar la estructura. El azud es, hidrulicamente, un vertedero. Se puede construir de los ms diversos materiales. Vertedero mvil o barraje mvil.: Es una estructura compuesta por una o mscompuertas que permiten el paso de las avenidas de lquidos y de slidos y adems tiene la funcin de eliminar los slidos que pudiesen encontrarse aguas arriba y frente a las ventanas de captacin. La longitud total de los vertederos fijo y mvil debe ser la necesaria para el paso de la avenida dediseo. Su proporcin es variable. Presa no vertedora: Al igual que los vertederos fijo y mvil es transversal a lacorriente principal. Su funcin es la de cerrar el cauce, sin que el agua pase por encima de ella. Su longitud depende del ancho del ro. Las ventanas de captacin: Constituyen la toma propiamente dicha. Se tratade uno o ms vanos que permiten el ingreso del agua y que trabajan hidrulicamente, sea como vertederos o como orificios. La carga hidrulica que permite el ingreso del agua se origina como consecuencia de la altura de la presa derivadora. Compuertas de captacin: Son las que regulan el ingreso de agua al canal dederivacin . Pueden estar ubicadas como parte de las ventanas de captacin, o, si hubiese un elemento decantador ubicado inmediatamente aguas abajo de las ventanas de captacin, podran estar ubicadas ms hacia aguas abajo, enel ingreso al canal. En las bocatomas pequeas puede tratarse de una sola compuerta. Pozas disipadoras de energa:Aguas abajo de los barrajes fijo y mvil es necesariodisponer algn elemento que ayude a disipar la energa. Generalmente se disipa la energa mediante la formacin de un salto hidrulico, para lo que es necesario disponer una poza. Inmediatamente aguas abajo, y como transicin con el lecho fluvial, se coloca una proteccin de fondo a base de piedras a la que se le denomina rip-rap. Muros gua: Son muros separadores que suelen ubicarse entre los barrajesfijo y mvil y aguas arriba de ellos. Pueden tambin extenderse hacia aguas abajo, separando ambas pozas disipadoras de energa. Canal desripiador : Es un pequeo canal paralelo a la corriente principal,ubicado junto a las ventanas de captacin y que es normal a la direccin de la corriente que ingresa a la captacin. Permite la eliminacin de los slidos cuando las circunstancias hidrulicas y topogrficas lo permiten. Diques de encauzamiento: Se ubican aguas arriba y aguas abajo del eje de lapresa de derivacin, en la medida en la que las circunstancias topogrficas lo requieran. Para que una bocatoma sea estable es necesario que lo sea el tramo fluvial en el que est ubicada. De ac que en muchas oportunidades haya que realizar el encauzamiento del tramo de ro en las inmediaciones de la obra de toma. Algunas veces los diques de encauzamiento se extienden a lo largo de varios kilmetros. Su costo puede ser importante, pero resultan absolutamente necesarios. Es necesario recordar que al construir una bocatoma se implanta un barraje o presa derivadora, cuya altura generalmente es de unos pocos metros sobre el lecho del ro. Esto determina una sobreelevacin de niveles hacia agua arriba, especialmente durante los grandes caudales. Como parte del diseo, adems de los trabajos topogrficos, se requiere determinar el perfil hidrulico. Si las condiciones topogrficas as lo exigen habr que considerar un encauzamiento.

Clasificacin de las Bocatomas:Las podemos clasificar en:A) BOCATOMAS DIRECTAS: son posibles de disear en cursos de agua de fuerte pendiente, y cuando no se quiere tener una estructura costosa, tienen el inconveniente de que el lecho del rio puede variar y dejar la toma sin agua, igualmente en las pocas de estiaje al disminuir el tirante de agua en el rio puede disminuir considerablemente el ingreso de agua en la toma. B) BOCATOMAS CON BARRAJES: son las ms empleadas ya que aseguran una alimentacin mas regular, conservan un nivel constante en la captacin que permite dominar una mayor rea regable. Estas tomas pueden presentar tres variantes: La toma con barraje fijo, la toma con barraje mvil y la toma con barraje mixto.- Bocatoma con barraje fijo: Las bocatomas de barraje fijo son aquellas que tienen una presa solida, para levantar el tirante frente a las compuertas de captacin. Esta solucin es posible cuando el rgimen del rio es uniforme y la capacidad de captacin de la toma es menor que la descarga promedio del rio, por lo que no es necesario ninguna regulacin, ya que el exceso de agua pasara encima de la presa. -Bocatoma con barraje mvil: En este tipo de barraje se consigue la retencin del caudal y elevacin del tirante mediante el cierre del curso del rio por un sistema de compuertas sostenidas en un conjunto de pilares y adosadas en sus extremos a los muros de contencin. Es conveniente esta solucin cuando el caudal de la captacin es igual o mayor de la descarga promedio del rio o cuando la velocidad de flujo no es alta debido a la pequea pendiente del curso del rio. Como consecuencia el transporte de slidos es pequeo y no afecta mayormente al sistema de compuertas.-Bocatoma con barraje mixto: Tienen una parte de la presa integrada por una estructura solida (Barraje fijo) y una parte integrada por compuertas sustentadas en pilares (Barraje mvil). La parte mvil tiene en ciertos casos muros guas o separadores del barraje fijo que forma un canal denominado de limpia y un segundo canal separado por un vertedero de rebose lateral que sirve para eliminar las gravas llamado tambin desempedradores.Finalidad:La finalidad es uno de los muchos criterios que existen para la clasificacin de las obras de toma. Desde el punto de vista de su finalidad las obras de toma se clasifican en funcin de las caractersticas del proyecto al que sirven. Es as como se tiene:a) Obras de toma para abastecimiento pblicob) Obras de toma para irrigacinc) Obras de toma para centrales hidroelctricasd) Obras de toma para industria y minerae) Obras de toma para otros propsitosf) Obras de toma para uso mltipleEl abastecimiento de agua a la poblacin es la primera necesidad de agua que debe ser cubierta. El aprovechamiento de las aguas superficiales, en especial las de un ro, constituye una de las formas ms antiguas de uso del agua. En los tiempos antiguos las ciudades se ubicaban en las orillas de los ros para poder aprovechar sus aguas fcilmente. El crecimiento de la poblacin, la expansin urbana, el aumento de las demandas y otros factores determinaron la necesidad de construir proyectos de abastecimiento de agua para la poblacin. Estos proyectos empiezan por una bocatoma para captar el agua de un ro, o de otra fuente de agua, y conducirla luego al rea urbana.Ubicacin:

Aunque es obvio que el trabajo de bocatoma debe construirse en la fuente, aun as hay cierta flexibilidad cuando se trata de ubicar las verdaderas estructuras. Las captaciones de agua se pueden construir como parte de la estructura total de la bocatoma o se pueden usar como puntos de arranque donde el agua es recolectada y encauzada por tuberas hasta un lugar cercano que sea ms apropiado para construir cmaras de reposo, tanques de sedimentacin o tanques de recoleccin. Lo mas importante de considerar, deben ser los problemas de la estacin de crecida del monzn. Las estructuras de la bocatoma se deben ubicar en puntos donde no se vean directamente amenazadas por crecidas de aguas, o indirectamente, por erosiones terrqueas a travs de los aos. Mediante un cuidadoso interrogatorio a los lugareos se puede obtener una idea correcta de los caudales monzones.Los trabajos de bocatoma no se deben construir en, o cerca de hondonadas, ni en puntos donde se tenga por encima un terreno inestable que puede acarrear un deslizamiento de tierra ni por encima de un terreno pantanoso (polvo blando saturado por aguas subterrneas).Excavacin, cimientos y construccin:La ubicacin del tanque tiene que ser marcada con estacas de madera y alambre, y en ella se excavara hasta una profundidad de 30 cm (sino se encuentra antes roca solida) y hay que nivelar el suelo de la excavacin. Para la bocatoma de un manantial, el caudal tiene que ser apartado de la excavacin, para mantenerla lo ms seca que sea posible. La excavacin de las paredes de una captacin deber ser lo suficientementeprofunda para cortar la filtracin del manantial que pueda haber en el subsuelo (se discutir en la prxima seccin). El suelo de la excavacin tiene que ser solido y firme. En el fondo se debe poner una capa de concreto de 10 cm y compactarla para asegurar su correcta consolidacin. El mortero de cemento se coloca directamente sobre el concreto y la cimentacion de albailera se coloca directamente sobre el mortero. Esta cimentacin deber ser 10cm mas ancha que la pared de cada lado y la pared tiene que tener no menos de 30cm de ancho. La altura de la cimentacin ser de 10cm. El mortero de cemento ser de 1:4 de relacin cemento: arena. La figura ilustra la seccin transversal de una pared de bocatoma.

Captacin del agua:Este es el componente donde se captura el agua de la fuente. En la bocatoma de un manantial, las paredes que circundan a la fuente son tpicamente de tipo impermeable.Para la bocatoma de un riachuelo, esta (la captacin) es tpicamente una pequea poza de agua con un tubo bocatoma en el fondo o un canal de superficie el cual transporta el agua hasta el tanque de sedimentacin.En aquellos lugares donde se construyen paredes impermeables que sirvan para contener el flujo que proviene de un manantial a travs del suelo, estas paredes debern penetrar lo mas que sea posible dentro del terreno para cortar el flujo de filtracin que esta por debajo de la bocatoma. A pesar que ser imposible mantener secas estas zanjas de cimentacin, es posible verter una mezcla de concreto bastante seca dentro de las zanjas. En tanto el concreto se vea contenido por los parmetros del terreno o por encofrados de madera, no podr ser fisicarnente lavado y fraguara correctamente. Una vez que el concreto se haya inmovilizado y endurecido ligeramente, se puede construir sobre el la pared normal de albailera.

Para la bocatoma de un arroyo o riachuelo, donde la profundidad del punto de bocatoma es menor que 40cm es necesario crear un cuenco de agua, la cual estar relativamente quieta, y por consiguiente, permitir el asentamiento de partculas mas pesadas que estn en suspensin (como arena, hojas, etc.). El tubo de una bocatoma se puede ubicar en el fondo de la poza (protegido como se ilustra en la fi- gura 11-3). Este tipo de bocatoma tendr 40 cm de profundidad de agua para impedir la interferencia de manos humanas y de animales, y para protegerla de los escombros flotantes. Un diseo alterno para este tipo de cuenco es excavar un canal desde el hasta el tanque de asentamiento. Este canal de superficie, salvo cuando se trata de suelos extremadamente arenososo o porosos, no tiene que ser de albailera y es por tanto, menos costoso de construir.

Tamizado:Las partculas en suspensin en el agua conducen al desgaste y rotura del tubo PAD; de manera que lo deseable es eliminar estas partculas hasta donde sea posible. Con el tamizado se retira una buena cantidad de estas partculas y la sedimentacin elimina la mayor parte restante. Deben existir por lo menos dos puntos de tamizado en el sistema, un filtro grueso para eliminar los escombros mas grandes flotantes y en suspensin y sobre el extremo del tubo, en la bocatoma, un tamizado con malla fina. El tamizado grueso se puede hacer por medio de una pared de albailera de piedra seca, como se ilustra en la figura 11-4.

Esto es so lo una seccin de la pared de albailera en la que se ponen juntos rocas y ladrillos muy juntos unos con otros pero sin ningn mortero de cemento. Esta seccin de pared se puede desmantelar fcilmente para propsitos de limpieza y mantenimiento, y luego tambin se reconstruye con facilidad.La bocatoma con tamiz de la tubera deber tener una malla de trama bastante pequea (una buena medida usualmente disponible en las tiendas es 20 tramas por pulgada) hecha de alambrado de latn si fuera posible.

Sedimentacin:La sedimentacin es el proceso por el cual el agua es mantenida relativamente quieta y sin disturbios por varias horas. Las partculas suspendidas finas se separan del agua y se asientan. Ya que la principal fuente de turbulencia en el agua es la velocidad del caudal, tenemos que cuanto mas lento pase el caudal a travs de la cmara de sedimentacin, ms efectivo ser el proceso de sedimentacin.La medida (capacidad) de que haya o no haya la cmara depende del tipo de fuente, el caudal, etc. Los requerimientos de sedimentacin pueden ser nada ms que una pequea cmara en la estructura de la bocatoma o un gran tanque separador

Fuentes de Manantiales: Estas son comnmente mas limpias y generalmente este tipo de sistema requerir de un tanque reservorio. Una sedimentacin tan intensiva no es usualmente necesaria. (a menos que sea una fuente algo sucia o no haya reservorio). Es generalmente suficiente una cmara con un filtro de albailera de piedra seca y una bocatoma con tamiz.Fuentes de Riachuelos con reservorios: Debera ser construido un tanque de sedimentacin separador con un periodo de retencin de 15 minutos.Fuentes de Riachuelos sin reservorios: Tambin requieren de un tanque de sedimentacin separador con un periodo de retencin no menor de 60 minutos.Tubos de servicio:

Hay tres diferentes tubos de servicio en una estructura de bocatoma: tubos de limpieza, reboses y embocaduras (salidas).Tubos de limpieza: Permite el drenaje de la bocatoma de manera que se pueden sacar los sedimentos arraigados, sin perjuicio de ejecutarse el trabajo de mantenimiento. El calibre del tubo FG de limpieza debera ser de 2" o 3". Los tubos de limpieza deben ser colocados ligeramente dentro del fondo de la cmara y se pueden cerrar con una capsula terminal. Los tubos de limpieza no deberan situar- se dentro de paredes de albailera de menos de 30 cm de ancho (para asegurar suficiente fuerza de adherencia, de manera que se pueda usar una llave inglesa para retirar la capsula terminal). Cada cmara separada y el recipiente de captacin deben tener su propio tubo de limpieza. La descarga de los tubos de limpieza deber transportarse a otro lugar (por un canal de desage superficial) de manera que no cause erosin en la cimentacin de la bocatoma.Reboses: Permiten que el exceso de agua sea desviado de manera segura fuera del tanque sin causar erosin. El tamao del rebose se debe seleccionar de manera que pueda pasar la creciente mxima del flujo durante la estacin de lluvias. El rebose tpico para tanques pequeos es un pequeo tramo de tubo FG colocado dentro de la pared del tanque. La figura 11-5 muestra este arreglo y da algunos caudales mximos que puede manejar cada tubo de acuerdo a su medida, con inclinacin de 5 cm y 10 cm y si un solo tubo no es suficiente, se puede usar cualquier nmero de tubos. El agua de rebose se debe evacuar de la misma manera que el caudal del tubo de limpieza.

Salidas: El tubo de la salida es el punto de inicio de la tubera. El dimetro de la salida se puede determinar usando la informacin que se da en un apndice, pero no debe ser ms pequeo que el calibre de tubo PAD de acuerdo al diseo en ese punto. El extremo del tubo deber tener una bocatoma con tamiz. Se necesita una vlvula de compuerta con un tubo de aireacin ubicada justo aguas abajo. Las figuras muestran el arreglo del tubo de una salida de tanque tpica.

Vlvulas de control y ventiladores:Vlvulas de compuerta: se instalaran en cada tubo de salida de manera que sea posible su drenaje para propsitos de mantenimiento.Vlvula de globo: No son necesarias cuando se va a usar el flujo total de la fuente. Una vlvula de globo se necesita solamente cuando solo se va a usar una porcin del caudal de la fuente (caso que usualmente sucede con una bocatoma de riachuelo). Esta vlvula solamente permite el caudal de diseo dentro de la tubera y fuerza al exceso de agua retorne a la fuente y rebose. Esta vlvula se deber ubicar en el punto de descarga del primer tanque de aguas abajo o en un punto donde, en caso que sea cerrada accidentalmente, no ocasione excesiva de presin repentina en el tubo PAD.Tubos de aireacin: van ubicados justo aguas abajo de una vlvula de compuerta.Estas sirven para permitir que el aire escape de la tubera a travs de la bocatoma sin burbujear ni interferir con el flujo. Estas tambin permiten que llegue aire dentro de la tubera cada vez que la vlvula de compuerta que queda aguas arriba se cierre, de manera que la tubera drene (evitando que, el agua drenada provoque una succin en la tubera, lo cual puede atraer el agua contaminada del suelo a travs de los intersticios; una ventilacin permite que el aire sea jalado hacia su interior). La ventilacin puede ser o un tubo FG de media pulgada o un tubo PAD de 20mrn. La boca de ventilacin deber estar a mayor altura que el nivel de rebose del tanque. El extremo de la ventilacin se debe dirigir hacia abajo (para evitar que el polvo y la suciedad se asienten dentro de ella y debe tener un tamiz (para evitar que se metan los insectos).Techado:El techado en las estructuras de la bocatoma debe ser lo suficientemente seguro para prevenir que la gente curiosa interfiera y deber sellar la fuente contra cualquier otra contaminacin que provenga de la superficie, escorrenta de lluvia, animales de pastoreo, hojas, etc. Se requieren accesos para poder limpiar la bocatoma y ejecutar trabajos de reparacin; habr una abertura que permita el paso de un hombre y esta ser no menor de 60 x 60 cm2.Los esquemas de techado ms comunes son:Techado de pizarra: Puede ser construido por los mismos pobladores, si en la localidad hay pizarra disponible. Se necesita buena cantidad de madera para las vigas y viguetas.Techado de calamina: Son planchas de acero galvanizado corrugado, tamao nominal 3' x 10, medida efectiva 70 cm, x 320 cm. Techado de losas de concreto: Puede ser o de concreto armado (CA) o deladrillo reforzado (LA). Estos son los techos ideales porque son los que sellan totalmente la bocatoma y duran el lapso de vida del sistema. Sin embargo, estos techos requieren materiales y costos adicionales.Problemas Especiales que Presentan las Bocatomas:

En los grandes aprovechamientos hidrulicos el costo de la bocatoma representa slo un porcentaje muy pequeo del costo total del proyecto. La consecuencia prctica de este hecho es que no se debe escatimar esfuerzos ni tratar de obtener una estructura econmica, sino que se debe buscar el mximo de seguridad. Para el estudio de una bocatoma es necesario tener en cuenta que un ro transporta lo siguiente:a) Agua proveniente de la precipitacin que ocurre en la cuencab) Slidos, tambin llamados sedimentos, provenientes de la erosin de la cuencac) Hielo, en los lugares que existe, yd) Cuerposextraoscomorboles,plantas,basuray desperdicios.Los tres primeros aspectos mencionados constituyen las funciones naturales de un ro. El transporte de cuerpos extraos constituye una funcin no natural, pero que desgraciadamente es muy frecuente entre nosotros. En general, el diseo y operacin de una bocatoma en muchos de los ros de la costa peruana presenta problemas especiales debido, entre otras, a las siguientes cuatro circunstancias:a) Inestabilidad fluvial e irregularidad de las descargas.b) Insuficiente informacin hidrolgica.c) Gran transporte slido y de cuerpos extraos.d) Aparicin eventual del Fenmeno de El Nio (FEN).Medidas de Proteccin:Es importante que, una vez que el agua ha sido recolectada, tiene que ser protegida contra contaminacin exterior. Por tal razn, debern tomar medidas que sellen el sistema, lo ms que sea posible, del ambiente externo.No hay que permitir que la escorrenta superficial de lluvia fluya dentro de la captacin de manantial; por consiguiente, las estructuras de la bocatoma debern estar como mnimo 30 cm sobre el nivel del terreno. Toda la tierra tiene que ser amontonada contra las paredes del tanque para poder as desviar el agua y la fuente debe tener una acequia excavada alrededor para drenar su parte alta. El canal tiene que ser profundo y puede alinearse con albailera de piedra seca. Cada ano, particularmente, justo antes de la poca de los monzones, hay que limpiar los escombros acumulados.La captacin de una fuente de manantial se puede techar por encima con losas de concreto y enterrarla luego, para proteccin exterior.En caso de ser necesario y para estabilizar la tierra alrededor de los trabajos de bocatoma, se pueden construir paredes de retencin de cestones o de mampostera de piedra seca, especialmente si se prevee que la erosin va a ser un problema mayor para el lapso de vida del sistema.Una reforestacin y el sembrado de pasto y arbustos directamente encima de la fuente de manantial ayudara para mantener el caudal proveniente de la fuente (la vegetacin permite que el agua de superficie sea absorbida por el terreno en lugar de desaparecer sbitamente como escorrenta de superficie. Esta agua puede ayudar al rendimiento de la fuente). La figura 11-7 muestra una proteccin adecuada para la captacin de un manantial.

ANEXOS: