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• Zamuel Chacón

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ESTRUCTURAS DE CAPTACIÓN BOCATOMA 1. GENERALIDADES: La presa derivadora llamada también toma, bocatoma o azud son estructuras que se construyen para levantar el nivel del tirante de agua de un cauce y permiten derivar una parte del caudal del rio a un canal con finalidad de utilizar el agua de irrigación, generación de energía eléctrica o en un proyecto de abastecimiento de agua. También se llaman tomas a las estructuras que permiten abastecer un canal desde el desagüe de una laguna natural o de una presa artificial.

2. UBICACIÓN: Es necesario efectuar estudios de transporte de sólidos y de materiales flotantes, como analizar las condiciones hidrológicas de la cuenca superior para determinar las máximas avenidas, los caudales medios y mínimos, así como evitar los tramos de fuerte pendiente. 2.1. VOLUMEN RÍO Y VOLUMEN DERIVADO Para ubicar la toma es preciso la comparación entre la masa del río y la por derivar al proyecto, se presentan los siguientes casos:  Superficie de riego grande y volumen de río escaso Para este caso, la ubicación de la toma se selecciona la zona mas adecuada de toma en el río y desde ese punto se traza el canal de derivación hacia las áreas por regar.

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Superficie de riego y el volumen disponible del río balanceados Superficie de riego limitada y volumen disponible abundante

2.2. ALINEACIÓN DEL CAUCE: Se debe considerar lo siguiente:  Alineamiento del río recto, procurando que la orilla donde se ubique la toma tenga un calado constante.

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En tramos curvos, se escogerá la parte cóncava, que permite una mejor captación por efecto de la aceleración del movimiento (Ley de Coriolis). La ubicación de la toma es más favorable aguas abajo del centro de la parte cóncava.

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Tramos angostos que permitan construir una presa derivadora más corta y económica. 2.3. CONDICIÓN GEOLOGICA: Es sumamente importante analizar las condiciones geologicas siguientes:  Formaciones geologicas de la cimentacion; que determinan buena resistencia de los suelos y permeabilidad reducidad en el lecho del rio.  Presencia del material solido de arrastre y en suspension; que defina la necesidad de desempedradores y desarenador. La entrada de sedimentos hacia el bocal de toma debe ser limitada y conseguir su purga antes de su ingreso al canal de derivación.

3. ESTUDIOS EN LA UBICACIÓN DE LA BOCATOMA: 3.1. TOPOGRAFÍA: En el eje de la presa derivadora se levantan planos en escalas de 1:1000 a 1:2000 con equisdistancia de curvas de nivel de 0.5 a 1 m. en un tramo de 500 a 1000 metros hacia aguas arriba y de 500m. hacia aguas abajo, con un área que sobrepase los niveles de la traza de máximas avenidas. En el área de estructuras de la bocatoma los planos seran a escala de 1:500 con una equidistancia de curvas, que varian entre 0.20 a 0.50 m. Para el perfil longitudinal a escalas similares a la del plano general con escalas verticales entre 1:100 o 1:200, y horizontales entre 1:1000 y 1:2000 en una longitud de 1000 m. aguas arriba y 500 hacia aguas abajo, en cuanto a la secciones transversales se realizan a escalas de 1:100 o 1:200 cada 20 a 50 m, en el tramo de ubicación de la toma. 3.2. ESTUDIOS DE TRANSPORTE DE SÓLIDOS: Para evitar los perjuicios producidos por los sólidos es necesario efectuar estudios de transporte de solidos aguas arriba de la toma, y ubicar los graneros que los originan con la finalidad de estabilizarlos si fuera posible, dichos estudios deben efectuarse tanto de los sólidos en rodamiento como en suspensión. Al igual del analisis mineralógico y químicos de las particulas para conocer sus propiedades abrasivas. 3.3. ESTUDIOS HIDROLOGICOS: Es de suma importancia conocer el comportamiento hidrológico del río:  Caudales de avenidas máximas que permitan fijar los niveles máximos de los muros de encauzamiento, de los barrajes y de los mecanismos de izaje de las compuertas.  Caudales mínimos que permitan fijar los niveles de los umbrales de la toma.  Caudales medios con objeto de conocer las masas de agua posibles de ser derivadas. 3.4. ESTUDIOS GEOLOGICOS Y GEOTECNICOS: Los estudios geológicos pueden comprender áreas extensas hacia aguas arriba, ubicando áreas inestables y fallas para asegurar la estabilidad de la toma y su buen funcionamiento.

Para determinar la estabilidad de las diferentes estructuras de la toma se deben efectuar estudios geológicos ejecutando perforaciones diamantinas e investigaciones de Mecánica de Suelos para lo cual conviene verificar lo siguiente:  La curva de gradación del material conformante del lecho del río.  El coeficiente de permeabilidad del suelo de la cimentación.  La capacidad portante de los suelos en el área de cimentaciones de las principales estructuras,  Los resultados de ensayos de hincado de pilotes y tablestacas.  Los coeficientes de diseño sísmico y  Los coeficientes de fricción estática del material de cimentación. |

3.5. OTROS ESTUDIOS: En algunos casos es necesario efectuar los siguientes estudios:  Estudios legales de la propiedad de los predios por expropiar en el área.  Estudios de restos arqueológicos que pudieran existir en la zona de las obras, coordinando las exploraciones con el instituto Nacional de Cultura.  Estudios de Canteras de materiales que permitan construir las estructuras de concreto y otras.

4. PRINCIPALES TIPOS DE BOCATOMAS: Las bocatomas pueden consistir simplemente en zanjas practicadas en las orillas del río, en esas condiciones se denominan tomas rústicas. Si se construye una presa en el río para levantar el pelo de agua antes de la zanja se llama toma con barraje. Finalmente, las tomas se pueden clasificar en los siguientes tipos: 4.1. BOCATOMAS DIRECTAS: Son posibles de diseñar cuando no se quiere tener una estructura costosa, se trata de una toma que está ubicada directamente hacia el rio, su ventaja es que no necesita la construcción de una presa derivadora, sin embargo, puede tener una disminución de la captación en las épocas de estiaje y ser obstruida en las crecidas del rio.

4.2. BOCATOMA DIRECTA FRONTAL: Que tiene captación normal a la dirección del flujo, lo cual ocasiona continuas erosiones en las paredes del canal de ingreso.

4.3. BOCATOMA DIRECTA LATERAL: Tiene captación en la margen del rio mediante una abertura ejecutada en la misma y se controla el ingreso de agua en forma transversal al flujo del rio mediante compuertas, evitando así el ingreso de sólidos.

4.4. BOCATOMA CON PRESA DERIVADORA: Se trata de una toma que realiza la captación de las aguas del río mediante el cierre del cauce con una presa derivadora, que asegura una captación más regular de las aguas, debido al remansamiento producido. Estas tomas pueden presentar las variantes siguientes: 

BOCATOMA DE BARRAJE FIJO:

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BOCATOMA DE BARRAJE MOVIL:

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BOCATOMA CON BARRAJE MIXTO TOMA TIROLESA O CAUCASIANA

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BOCATOMA CON PRESA DE REGULACION

5. DAÑOS CAUSADOS POR LOS SÓLIDOS En el diseño de la toma es necesario tener en cuenta los daños producidos por las partículas sólidas que forman el fondo de un cauce, ya que pueden ser arrastradas por el agua en tres maneras diferentes:  Rodando, en el fondo en este caso se denomina arrastre de fondo.  Saltación, cuando la partícula se levanta del fondo y se mantiene en el seno del líquido un lapso corto de tiempo y su avance se realiza a saltos.  Suspensión, para esta condición la partícula debe ser muy pequeña o la turbulencia del agua debiera ser grande.  El arrastre de sólidos puede ser perjudicial incluso en los cauces estables y mucho más en los de fondos móviles. Los problemas principales que producen los sólidos son los siguientes:    

Deposición de materiales sólidos en los canales de conducción, produciendo la reducción de su sección. Erosión de los revestimientos de los canales. Disminución de la capacidad de captación de la toma y en algunos casos es motivo que las tomas se queden en seco. Deterioro y erosión de las agujas y paletas de las turbinas de las Centrales Hidroeléctricas.

6. ESTRUCTURAS PRINCIPALES DE UNA BOCATOMA: Existen varios factores que definen el tipo de bocatoma, entre los cuales podemos citar: el régimen del río, el transporte de los sólidos, el caudal de la captación, las características del lecho del río, su sección transversal. Los elementos principales son los siguientes:  Muros o diques de encauzamiento: Su objeto es encauzar el río y proteger los terrenos ribereños aguas arriba de la toma y evitar desbordamientos como consecuencia de la instalación del barraje. Los muros pueden ser de concreto armado, presa de gravedad, y de tierra.  Presa derivadora: Cortina, azud o barraje es una represa construida transversalmente al río con objeto de levantar el tirante y facilitar el ingreso de agua. Como se indicó anteriormente existen tres soluciones, la toma de barraje fijo, barraje móvil y barraje mixto.  Canal de Limpia: Esta estructura tiene la finalidad de eliminar los sólidos que se depositen delante de las ventanas de captación.  Bocal de toma: Es la estructura que está ubicada en una de las márgenes del río, hacia aguas arriba de la presa derivadora y tiene por finalidad captar las aguas; consta de un vertedero u orificio de captación de rejillas y de compuertas de regulación.