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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS
MARIATEGUI
INGENIERIA CIVIL
DISEÑO DE OBRAS
HIDRAULICOS
Docente: GORKI FEDERICO ASCUE SALAS Ing. Civil – Magister en Ciencias (Evaluación de Recursos Hídricos)
e-mail: gfascues2@hotmail.com
Teléfono: #984603555 - 942715795
Cusco, Julio - 2014
CAPITULO 4: DISEÑO DE BOCATOMAS DE MONTAÑA
4.1 BOCATOMAS EN RÍOS DE MONTAÑA
4.1.1 Consideraciones importantes:
De acuerdo a lo establecido por el Bureau of Reclamation (USBR), y
por las prácticas usuales de ingeniería en proyectos similares, se
recomienda los siguientes criterios:
• El caudal de diseño de encauzamiento corresponderá a una
avenida máxima entre 50 y 100 años, para condiciones de
operación extrema.
• La determinación del caudal de diseño de captación estará de
acuerdo a los requerimientos de uso del agua, pudiendo ser una o
más ventanas.
• Para atenuar el ingreso de sólidos de fondo, se puede diseñar un
canal de limpia gruesa o desripiador, ubicado frente a las
ventanas de captación.
• La operación de las ventanas de captación se realizara en época
de estiaje y durante el periodo de avenidas estarán parcial o
completamente abiertas.
• Aguas abajo se deberá contemplar una protección de enrocado.
CAPITULO 4: DISEÑO DE BOCATOMAS DE MONTAÑA
4.1 BOCATOMAS EN RÍOS DE MONTAÑA
4.1.2 Tomas Convencionales
Los ríos de montaña tienen caudales relativamente pequeños,
gradientes relativamente grandes y corren por valles no muy
amplios. En crecientes llevan cantidades apreciables de material
sólido.
CAPITULO 4: DISEÑO DE BOCATOMAS DE MONTAÑA
4.1 BOCATOMAS EN RÍOS DE MONTAÑA
4.1.2 Tomas Convencionales
Las tomas comunes no convencionales se componen de los
siguientes elementos principales:
1. Un dique que cierra el cauce del río (azud), que obliga a que toda
el agua que se encuentra por debajo de la cota de su creta entre a
la conducción.
En tiempo de creciente el exceso de agua pasa por encima de
este dique o sea que funciona como vertedero.
Para evitar que en creciente entre excesiva agua a la
conducción, se construyen estructuras de regulación.
2. Una reja de entrada, que impide que pase hacia la conducción
material sólido flotante demasiado grueso. Para esto el umbral de
la reja se pone a cierta altura sobre el fondo del río y la
separación entre barrotes normalmente no pasa de 20 cm.
Como parte del material sólido alcanza a pasar al otro lado de la
reja, se deja construye una cámara (desripiador) para detenerlo.
El desripiador debe tener una compuerta hacia el río a través de
la cual periódicamente se lava el material acumulado en el
fondo.
CAPITULO 4: DISEÑO DE BOCATOMAS DE MONTAÑA
4.1 BOCATOMAS EN RÍOS DE MONTAÑA
8.1.2 Tomas Convencionales
Las tomas comunes no convencionales se componen de los
siguientes elementos principales:
3. Una transición de entrada al canal, para que la mayor parte del
material grueso que llega al desripiador se deposite dentro de esta
cámara y no pase al canal, se diseña un vertedero cuyo ancho es
bastante mayor que el del canal.
4. Un zampeado y un colchón de aguas al pie del azud, debido a que
el agua erosiona el cauce y puede socavar las obras causando su
destrucción, se diseña el zampeado o el colchón que sirven para
disipar la energía de manera que el agua pase al cauce no
revestido con velocidades lo suficientemente bajas para no
producir erosiones.
5. Una compuerta de purga que reubica en un extremo del azud, al
lado de la reja de entrada, debido a que el río trae en creciente una
gran cantidad de piedras que se acumulan aguas arriba del azud
pudiendo llegar a tapar la reja de entrada con lo cual el caudal de
captación se reduce considerablemente o puede ser totalmente
interrumpido.
CAPITULO 4: DISEÑO DE BOCATOMAS DE MONTAÑA
4.1 BOCATOMAS EN RÍOS DE MONTAÑA
4.1.2 Tomas Convencionales
5. Una compuerta de purga que reubica en un extremo del azud
La función de la compuerta es eliminar este material grueso y
conseguir mantener limpio el cauce frente a la rejilla.
La compuerta se abre en las crecientes, cuando el agua es
excedente en el cauce, y cumple una función adicional de aliviar el
trabajo del azud, regulando el caudal de captación.
6. Escala de peces, esta es una obra frecuentemente se omite a
pesar de tener mucha importancia en algunos ríos.
La presa o azud representa un obstáculo al paso de los peces y es
conveniente tomar algunas medida de prevención, como; diseño
de pequeños depósitos escalonados al lado del azud.
CAPITULO 4: DISEÑO DE BOCATOMAS DE MONTAÑA
4.1 BOCATOMAS EN RÍOS DE MONTAÑA
4.1.3 Ubicación y forma de construcción de la toma
La ubicación de una bocatoma, por lo general esta aguas arriba, y se
determina en función de las condiciones geológicas y topográficas
del sitio.
Para disminuir la entrada de los sedimentos es conveniente situar
las obras de toma en la orilla cóncava de un río. Por lo general de
este lado existe un barranco y la playa se encuentra en el lado
convexo, y es necesario disponer de un terreno relativamente plano
para situar el desripiador y la transición.
Es importante tomar en cuenta el aspecto constructivo, si bien las
obras deben ser construidas durante la época de estiaje, de todos
modos el agua que viene por el río es un estorbo y debe ser
desviado, para ello se hace necesario construir ataguías o diques
provisionales.
Las facilidades existentes para la construcción son un criterio
importante para la ubicación de las obras de toma.
CAPITULO 4: DISEÑO DE BOCATOMAS DE MONTAÑA
4.1 BOCATOMAS EN RÍOS DE MONTAÑA
4.1.4 Reja de entrada
Los barrotes deben ser lo suficientemente fuertes para resistir el
impacto de troncos y otro material flotante grueso que
ocasionalmente es traído por las creciente, estos barrotes se hacen
de rieles o de hormigón armado con un ancho no menor de 10 cm.
Los barrotes deben estar al ras o sobresalir un poco de la cara del
muro para facilitar su limpieza del material flotante que a veces
tiende a tapar la reja.
La reja debe estar a una cierta distancia aguas arriba del azud a fin
de que durante la construcción quede espacio suficiente para una
ataguía.
Durante las crecientes, cuando baja por el río la mayor parte del
material flotante, éste pasa por el azud casi sin entrar por la reja que
queda sumergida.
Se recomienda que para facilitar la limpieza de los sedimentos, el
plano de la reja no tenga un ángulo superior a 20º con la dirección
del canal de limpieza.
Donde:
Vr = velocidad media en el río Ve = velocidad de entrada al canal
∝ = angulo entre la dirección del canal y el río
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4.1 BOCATOMAS EN RÍOS DE MONTAÑA
4.1.5 Desripiador
La velocidad en el desripiador debe ser relativamente baja y el paso
hacia el canal debe hacerse por medio de un vertedero sumergido.
Entre la reja de entrada y el vertedero de salida puede formarse un
resalto sumergido y para que este último funcione en una forma
normal es conveniente que el ancho del desripiador en este sitio sea
igual por lo menos a la longitud del resalto.
Para poder eliminar las piedras que se depositan en el fondo del
desripiador, debe dejarse una compuerta que conecta con el canal
del desfogue. El canal debe tener una gradiente suficiente para
conseguir una velocidad de lavado alta y que sea capaz de arrastrar
todas las piedras.
La compuerta de purga del azud con su respectivo canal se calcula
en forma similar a la del desripiador tomando en cuenta que el ancho
debe ser suficiente para que pasen las piedras grandes y que la
velocidad del agua no debe ser inferior a 2 m/s para que pueda
arrastrarlas.
CAPITULO 4: DISEÑO DE BOCATOMAS DE MONTAÑA
4.1 BOCATOMAS EN RÍOS DE MONTAÑA
4.1.6 Transición
El agua que sale del desripiador es mediane un vertedero ancho y
con poco calado pasando a un túnel o canal que generalmente tiene
una sección más estrecha y más profunda.
De acuerdo al Bureau of Reclamation, se recomienda que el ángulo
máximo entre el eje del canal y una línea que une los lados de la
transición a la entrada y a la salida no exceda de 12.5º. Esto permite
determinar la longitud de la transición.
Donde:
b1 y b2 son los anchos mayor y menor respectivamente.
Para disminuir las pérdidas conviene por cambios de dirección
bruscos es mejor hacer una transición en curva compuesta de arcos
de círculo tangentes a la entrada y a la salida a las alineaciones del
canal.
CAPITULO 4: DISEÑO DE BOCATOMAS DE MONTAÑA
4.1 BOCATOMAS EN RÍOS DE MONTAÑA
4.1.7 Calculo del azud – forma del vertedero
Para reducir la presión sobre el cimacio se utiliza la fórmula general
para un vertedero:
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4.1 BOCATOMAS EN RÍOS DE MONTAÑA
4.1.7 Calculo del azud – forma del vertedero
Perfil Creager:
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4.1 BOCATOMAS EN RÍOS DE MONTAÑA
4.1.8 ESTABILIDAD DEL AZUD
Es poco frecuente el caso de azudes apoyados en roca y por lo
general el lecho del río está formado por arena, grava o arcilla. Por lo
tanto, se debe comprobar la estabilidad del azud para asegurarse
que las fuerzas a que está sometido no produzcan hundimientos,
deslizamientos o volcamientos.
CAPITULO 4: DISEÑO DE BOCATOMAS DE MONTAÑA
4.1 BOCATOMAS EN RÍOS DE MONTAÑA
4.1.9 DISIPACIÓN DE ENERGÍA
Siempre que un río es interrumpido con una estructura como dique,
se crea una diferencia de energía aguas arriba y debajo de la misma
que actúa sobre el material del cauce erosionándolo y pudiendo
poner en peligro las obras. Por lo tanto, debe protegerse el cauce
disipando la energía antes de que llegue el cauce no protegido y el
tipo de estructura utilizado depende de una serie de factores entre
los que están:
1. Caudal del río
2. Diferencia de nivel creada por la estructura
3. Condiciones hidráulicas del río
4. Tipo del material del cauce
5. Materiales de construcción disponibles
Cualquiera que sea el tipo de estructura empleada, la disipación de
energía se consigue con la formación del resalto hidráulico.
La alta velocidad al pie del azud se reduce a una velocidad lo
suficientemente baja para no causar daño.
TRABAJO DE APLICACION
INDIVIDUAL:
Elaborar un ensayo sobre Criterios para el Diseño de Obras
Hidráulicas consideradas en la Asignatura (En Word o PDF, máximo
3 paginas, letra tipo arial 11, simple espacio). Ejm; ASCUE, Gorki
Fecha de entrega: Hasta el 28/Julio/2014 (gfascues2@hotmail.com)
GRUPAL:
Diseñar cada Obra Hidráulica considerada en la Asignatura (En
Excel; Canal, Sifón, Desarenador y Bocatoma). Ejm; ASCUE-
RODRIGUEZ-SALAS
Fecha de entrega: Hasta el 28/Julio/2014 (gfascues2@hotmail.com)
EXAMEN
MODULO IV: HIDROLOGIA Y DISEÑO DE ESTRUCTURAS
HIDRAULICAS (Curso: OBRAS HIDRAULICAS)
Fecha y hora: 28/Julio/2014, 8:00 – 9:00 a.m