• Author / Uploaded
• Xiomara. Agreda

Citation preview

BOCATOMA DEFINICION Una bocatoma, o captación, es una estructura hidráulica destinada a derivar parte del agua disponible desde un curso de agua (río, arroyo, o canal), desde un lago o incluso desde el mar. En ocasiones es utilizada en grandes ríos, pero su costo es bastante alto. El agua desviada se utiliza para un fin específico, como abastecimiento de agua potable, riego, generación de energía eléctrica, acuicultura, enfriamiento de instalaciones industriales, etc. Tradicionalmente las bocatomas se construían, y en muchos sitios se construyen aún, amontonando tierra y piedras en el cauce de un río, para desviar una parte del flujo hacia el canal de derivación. Normalmente estas rudimentarias construcciones debían ser reconstruidas año tras año, pues las avenidas las destruían sistemáticamente. El propósito 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 tubería. Si el agua está sucia, tendrá que dejarsele asentar, relativamente quieta por un periodo de tiempo. El agua deberá estar protegida, lo mas que sea posible contra otras contaminaciones (escorrentías de lluvia, animales de pastoreo, y lugareños curiosos). Debe ser construida (la bocatoma) de tal manera que dure lo que dura el sistema. Las bocatomas construidas técnicamente constan en general de las siguientes partes:  Compuerta de control y cierre de la compuerta.  Dispositivo para medir los niveles, aguas arriba y aguas abajo de la compuerta de control. Estos pueden ser simples reglas graduadas o pueden contar con medidores continuos de nivel y trasmisores de la información al centro de operación, que puede contar con mecanismos para operar a distancia la compuerta.

Si se encuentran en ríos y arroyos, generalmente constan también de:  Un vertedero para fijar la sección del curso de agua, tanto planimétricamente, como en cota, evitando de esta forma la migración del curso de agua en ese punto y su socavación, lo que podría dejar la bocatoma inoperante.  Un canal de limpieza, provisto de compuertas, para permitir el desarenamiento de la aproximación a la bocatoma.  Frecuentemente se completa la bocatoma con una reja y un desarenador, para evitar que el transporte sólido sedimente en el canal dificultando los trabajos de mantenimiento del mismo

FUNCIONES DE LAS BOCATOMAS  Garantizar la captación de una cantidad constante de agua, especialmente en épocas de estíaje.  Impedir hasta donde sea posible, el ingreso de materiales sólidos y flotantes, haciendo que estos sigan el curso del rio o facilitando la limpieza.  Proteger el resto del sistema de obras hidráulicas del ingreso de avenidas o embalses que pudieran producirse en las épocas lluviosas

ELEMENTOS FUNDAMENTALES antes de iniciar a tener en cuenta

TIPOS DE BOCATOMAS 

BOCATOMAS DIRECTAS: son posibles de diseñar 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 épocas de estiaje al disminuir el tirante de agua en el rio puede disminuir considerablemente el ingreso de agua en la toma.

Se trata de una toma que capta directamente mediante un canal lateral, que por lo general es un brazo fijo del río que permite discurrir un caudal mayor que el que se va a captar. Su mayor ventaja es que no se necesita construir un barraje o azud que por lo general constituye una de las partes de mayor costo. Sin embargo; tiene desventaja de ser obstruida fácilmente en época de crecidas, además permite el ingreso de sedimentos hacia el canal de derivación. 

BOCATOMAS CON BARRAJES: son las más empleadas ya que aseguran una alimentación más regular, conservan un nivel constante en la captación que permite dominar una mayor área regable.



BOCATOMAS MIXTAS O CONVENCIONAL Se trata de una toma que realiza la captación mediante el cierre del río con una estructura llamada azud o presa de derivación, el cual puede ser fija o móvil dependiendo del tipo del material usado. Será fija cuando se utiliza un elemento rígido, por lo general concreto, y será móvil cuando se utilizan compuertas de acero o madera. La captación en ese tipo de bocatomas se realiza por medio de una ventana que puede funcionar como orificio o vertedero dependiendo del tirante en el río.



BOCAATOMA MOVIL Se llama así aquella toma que para crear la carga hidráulica se vale de un barraje móvil. Son tomas que por la variación de niveles en forma muy marcada entre la época de estiaje y avenida, necesitan disponer de un barraje relativamente bajo, pero que para poder captar el caudal deseado necesitan de compuertas que le den la cota a nivel de agua adecuado. A los barrajes con compuertas que permiten el paso del caudal de avenida a través de ellos se les conoce como barraje móvil. Su principal ventaja es que permite el paso de los materiales de arrastre por encima de la cresta del barraje vertedero o azud.



BOCATOMA TILORESA Son tomas cuyas estructuras de captación se encuentran dentro de la sección del azud, en un espacio dejado en él, protegido por una rejilla que impide el ingreso de materiales gruesos. Estas tomas no son recomendables en ríos donde el arrastre de sedimentos es intenso, ye que podrían causar rápida obstrucción de las rejillas. Conviene comentar que la gran mayoría de ríos del Perú son muy jóvenes y arrastran gran cantidad de sedimentos en épocas de crecidas, por lo que la construcción de estas tomas debe ser donde las condiciones lo favorezcan.

UBICACIÓN Es de suma importancia la ubicación de la bocatoma en el cauce del rió, para la que se recomienda que el sitio elegido reúna por lo menos las siguientes condiciones: a. La dirección a ruta del flujo de agua debe ser lo más estabilizada o definida.

b. La captación del agua a ser derivada debe ser posible aún en tiempo de estiaje. c. La entrada de sedimentos hacia el caudal de derivación debe ser limitado en el máximo posible. Un punto recomendable para cumplir las condiciones anteriores, se encuentra ubicado inmediatamente aguas abajo del centro de la parte cóncava en los tramos curvos del río.

Lógicamente, este punto estará condicionado a cumplir las condiciones topográficas (cota de captación), condiciones geológicas y geotécnicas, condiciones sobre facilidades constructivas (disponibilidad de materiales), evitar posibles inundaciones a daños a construcciones vecinas, etc. Existe posibilidad de efectuar con una bocatoma con dos captaciones, o sea que se va a regar utilizando una misma estructura las dos márgenes, en este caso se recomienda la ubicación del barraje estará en un tramo recta del río

CAPTACION DE 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 típicamente de tipo impermeable. Para la bocatoma de un riachuelo, esta (la captación) es típicamente una pequeña poza de agua con un tubo bocatoma en el fondo o un canal de superficie el cual transporta el agua hasta el tanque de sedimentación. En aquellos lugares donde se construyen paredes impermeables que sirvan para contener el flujo que proviene de un manantial a través del suelo, estas paredes deberán penetrar lo mas que sea posible dentro del terreno para cortar el flujo de filtración que esta por debajo de la bocatoma. A pesar que sera imposible mantener secas estas zanjas de cimentación, es posible verter una mezcla de concreto bastante seca dentro de las zanjas. En tanto el concreto se vea contenido por los parámetros del terreno o por encofrados de

madera, no podra 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 albañilería. (remítase a la figura 11-21

Para la bocatoma de un arroyo c riachuelo, donde la profundidad del punto de bocatoma es menor que 40 cm es necesario crear un cuenco de agua, la cual estará relativamente quieta, y por consiguiente, permitirá el asentamiento de partículas mas pesadas que están en suspension (como arena, hojas, etc.). El tubo de uria bocatoma se puede ubicar en el fondo de la poza (protegido como se ilustra en la figura 11-3). Este tipo de bocatoma tendrá 40 cm de profundidad de agua para impedir la interferencia de manos humanas y de animales, y para protegerla de los escombros flotantes. Un diseño 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 albañilería y es por tanto, menos costoso de construir.

En el tamizado, las partículas en suspension en el agua conducen al desgaste y rotura del tubo PAD; de manera que lo deseable es eliminar estas partículas hasta donde sea posible. Con el tamizado se retira una buena cantidad de estas partículas y la se dimentacion 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 suspension 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 albañilería de piedra seca, como se ilustra en la figura 11-4. Esto es solo una sección de la pared de albañilería en la que se ponen juntos rocas y ladrillos muy juntos unos con otros pero sin ningún mortero de cemento. Esta sección de pared se puede desmantelar fácilmente para propósitos de limpieza y mantenimiento, y luego también se reconstruye con facilidad. La bocatoma con tamiz de la tubería deberá tener una malla de trama bastante pequeña (una buena medida usualmente disponible en las tiendas es 20 tramas por pulgada) hecha de alambrado de latón si fuera posible. En c.1 capitulo 20.2 se discute una manera fácil de hacer una bocatoma con tamiz usando el tubo PAD. Usando tubo PAD se puede hacer una bocatoma tamizada de trama de tamaño mediano perforando con un clavo caliente para hacerle docenas de huecos. Se fija después al tubo FG de la salida.

DISEÑO HIDRAULICO Es conveniente, antes de comenzar a detallar los criterios más difundidos sobre diseño de bocatomas, precisar sobre la necesidad, tipos y partes que componen la bocatoma. Es común que los terrenos potencialmente a ser irrigados en un valle, se encuentran a considerable distancia del cauce del río de donde se pretende obtener el agua, o en algunos casos se trate de terrenos de cota relativamente alta con respecto al nivel del agua en el río. En consecuencia es necesario remontar el río con la finalidad de encontrar un lugar apropiado topográficamente que permita el riego de dichos terrenos, situación no siempre fácil de encontrar, ya que podría ser que topográficamente sea factible, pero que geológicamente o de facilidad constructiva no sea lo apropiado; por lo que a veces es necesario formar la carga hidráulica mediante la construcción de una presa de derivación que permita elevar el nivel de Ia superficie del agua en el río a fin de que sea posible captar parte del caudal del río en forma oportuna y eficiente. (Figura Nº 6)

LA SEDIMENTACION La sedimentación es el proceso por el cual el agua es mantenida relativamente quieta y sin disturbios por varias horas. Ya que la principal fuente de turbulencia en el agua es la velocidad del caudal, tenemos que cuanto mas lento pase el caudal a través de la cámara de sedimentacion, mas efectivo sera el proceso de sertmentacion. La medida (capacidad) de que haya o no haya la cámara depende del tipo de fuente, el caudal y de si ha\, o no un tanque reservorio mas lejos, aguas abajo. Los requerimientos de sedimentacion pueden ser nada mas que una pequena camara en la estructura de la bocatoma o un gran tanque separador (discutimos sobre estos tanques en el siguiente capitulo). Fuentes de Manantiales.- Estas son comunmente mas limpias y generalmente este tipo de sistema requerira de un tanque reservorio. Una sedimentacion tan intensiva no es usualmente necesaria. (a menos que sea una fuente algo sucia o no haya reservorio). Es generalmente suficiente una camara con un filtro de albanileria de piedra seca y una bocatoma con tamiz (tal como se ha discutido en la seccion anterior). Fuentes de Riachuelos con reservorios.- Deberia ser construido un tanque de sedimentacion separador con un periodo de retencion de 15 minutos. Fuentes de Riachuelos sin reservorios.- Tambien requieren de un tanque de sedimentacion separador con un periodo de retencion no menor de 60 minutos.

PARÁMETROS DE DISEÑO A continuación, se describe los parámetros principales con los cuales serán ejecutados los diseños de los componentes del proyecto de la Bocatoma "El Santa". 4. 1. Caudal de Diseño La estructura de la Bocatoma equivale a una presa derivadora con un caudal de diseño de 375 m3/s, un volumen de embalse menor a 100,000m3, y una altura de presa de 14.50m, por lo que, de acuerdo a lo que establece la U.S. Army Corps of Engineers (USA.), estas características lo clasifican como una presa de capacidad intermedia, por tanto recomienda diseñarse para avenidas con periodo de retorno de 100 años.

4 . 2 . Sedimentología La cuenca del río Santa tiene un gran potencial de material suelto que, por procesos erosivos, origina un gran arrastre de sólidos hacia el cauce del río, originado por las precipitaciones, así como por los fenómenos de geodinámica externa, destacándose los aluviones y avalanchas que se producen cíclicamente en la cuenca alta.

En el estudio realizado por el Dr. Arturo Rocha Felices en 1999, denominado "Control del Material Sólido en el Sistema de Aprovechamiento del P.E. Chavimochic", se arribó a las siguientes conclusiones:  Los sedimentos en suspensión en casi el 70% tienen durezas de 6 a 7. La cuenca del río Santa está expuesta a un intenso fenómeno de erosión y produce sedimentos en gran cantidad.  La Erosión Específica Media de la cuenca es de 2,565t/km 2/año, lo que la coloca entre las más altas del país. En años de fuertes lluvias este valor ha llegado a 5,713t/km2/año. Estas enormes cantidades crean grandes dificultades en los aprovechamientos hidráulicos de aguas abajo.  En correspondencia con la anterior conclusión, el caudal sólido del río Santa es muy grande. El promedio es 27.70 millones de toneladas y en años extraordinarios ha llegado a 61.70 millones de toneladas, como caudal sólido total anual. Alrededor del 80% es transporte en suspensión.  La concentración de sólidos es suspensión es muy grande y está alrededor de 5.15kg/m3 como promedio anual.  La concentración media de sedimentos en suspensión en el río Santa, según las mediciones efectuadas en la estación Condorcerro, es muy sensible a la longitud del registro. Así, si consideramos el pequeño periodo 1978-81 la concentración media es de 3.20kg/m3, pero, al disponer de datos para un periodo mayor (1978-86) se obtiene una concentración media de 5.15kg/m3. En ambos casos se trata de valores medios plurianuales, y que por lo tanto incluyen años secos y húmedos, periodos de estiaje y avenidas.  Se observa la gran diferencia que existe entre las concentraciones medias de los periodos 78-81 y 78-86. Al aumentar la longitud de registro la concentración ha aumentado en 56%, sin embargo, los caudales sólo se han incrementado en 12%. Si dispusiéramos de series más largas y actualizadas los resultados podrían ser diferentes.  Para las épocas de avenidas los valores de la concentración están muy por encima del valor medio antes señalado. La curva de duración de concentraciones (1978-84) muestra que el 13% del tiempo (50 días al año) la concentración medida en el río supera un valor de 6.00kg/m 3 y que el 5% del tiempo (20 días al año) se supera los 20.00kg/m 3. A este periodo lo definimos como el de máximas concentraciones.