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I.INTRODUCION El agua es uno de los elementos más importantes en el planeta es un elemento de vital importancia para el desarrollo de los procesos metabólicos del ser humano. Y demás permite la existencia de la vida animal y vegetal que son aspectos importantes dentro de la vida de los seres humanos. Las obras de toma o bocatomas son las estructuras hidráulicas construidas sobre un río o canal con el objeto de captar una parte o la totalidad del caudal de la corriente principal. Las bocatomas suelen caracterizarse principalmente por el Caudal de Captación, el que se define como el gasto máximo que una obra de toma puede admitir A través de la tecnología conocida como captación del agua, ciudades y comunidades o pueblos pequeños pueden aprovechar el recurso agua, ya sea para consumo doméstico, confines agrícolas, o con fines industriales. Además para la utilización de los recursos hidráulicos disponibles es necesaria la elaboración de estructuras hidráulicas, que comprenden las captaciones, conducciones, entre otras. El diseño de una obra de toma puede ser un problema muy difícil, en el que debe preverse la interacción estructura-naturaleza. La obra de toma, cualquiera que sea su tipo, es un elemento extraño en contacto con el agua. Es decir, que la estructura va a producir inevitablemente alteraciones en el medio natural circundante y, a la vez, la naturaleza va a reaccionar contra la obra. Esta interacción que se presenta al construir la obra, y en el futuro al operarla, debe ser prevista y contrarrestada oportuna y debidamente La bocatoma es una estructura muy importante para el éxito de un proyecto. Si por una razón u otra se produce una falla importante en la obra de toma, esto significaría la posibilidad del fracaso de todo el Proyecto de Aprovechamiento Hidráulico. Las bocatomas móviles es 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.

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2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo General  Identificar, reconocer y determinar el estudio de las bocatomas móviles. 2.2 Objetivos Específicos: 

Identificar y detallar las obras hidráulicas(bocatoma) más importantes en el Perú

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Definir que son las bocatomas en la ingeniería civil.



Clasificar los elementos de una barraje móvil

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Definir los elementos de un barraje móvil

3. OBRAS HIDRAULICAS Las obras hidráulicas pueden clasificarse por su función en: 3.1.- Obras de captación. Por gravedad como tomas de derivación y presas desembalse y por bombeo. 3.2.- Obras de conducción. Canales y túneles. Pasos de depresiones como acueductos, sifones y rellenos. Tuberías de presión. 3.3.- Obras de protección. Desarenadores, aliviaderos, desfogues, disipadores de energía y tanques de presión. 3.4.- Obras de regulación Divisiones, medidores y reservorios 4. PRINCIPALES BOCATOMAS EN EL PERU: En el Perú existen diversas obras de captación de las aguas de los ríos, dentro los cuales tenemos las bocatomas que son utilizados para fines de irrigación, energía, en algunos casos para obras de agua potable dentro ellos tenemos los más importantes:

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4.1 Bocatoma La Víbora (Chinecas) Capta las aguas del río Santa. Desde allí parte el canal Chimbote (IRCHIM), cuya capacidad es de 19 m3/seg

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4.2. Bocatoma La Huaca (Chinecas) Tiene una capacidad de captación de 35 metros cúbicos por segundo. Con fines de uso para irrigación.

4.3. Bocatoma Chavimochic Ubicada a 412 metros sobre el nivel del mar, en la provincia de Virú, departamento de La Libertad, en la frontera con Áncash. Capta las aguas del río Santa, para que sean trasladadas, primero a través del denominado Canal de Derivación, y luego, del Canal Madre, hacia los cuatro valles que componen el proyecto Chavimochic. Su capacidad de captación es de 105 metros cúbicos por segundo.

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5. BOCATOMAS 5.1. Definición:

Se define así a la estructura que tiene finalidad de derivar parte o el total del caudal que discurre en un rió, para irrigar una área bajo riego o generar energía mediante su utilización en una central hidroeléctrica.

5.2. Finalidades: La finalidad es uno de los muchos criterios que existen para la clasificación de las obras de toma. Desde el punto de vista de su finalidad las obras de toma se clasifican en función de las características del proyecto al que sirven. Es así como se tiene: a) Obras de toma para abastecimiento público b) Obras de toma para irrigación c) Obras de toma para centrales hidroeléctricas d) Obras de toma para industria y minería 5.3. FUNCIONES DE UNA BOCATOMA 

Asegurar la derivación de un caudal.

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Controlar el ingreso de sólidos de arrastre y en suspensión así como de cuerpos flotantes.



Controlar el máximo gasto que puede ingresar

BARRAJE Es una represa construida a través del río con el objeto de elevar el nivel de agua, su altura debe ser tal que permita una carga de agua suficiente en la toma, para el ingreso seguro del agua considerando las pérdidas de carga que se producen en los muros, rejillas y compuertas en la toma.

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5.4. VERTEDERO MÓVIL O BARRAJE MÓVIL Es una estructura compuesta por una o más compuertas que permiten el paso de las avenidas de líquidos, de sólidos y además tiene la función de eliminar los sólidos que pudiesen encontrarse aguas arriba y frente a las ventanas de captación. La longitud total de los vertederos fijo y móvil debe ser la necesaria para el paso de la avenida de diseño. Su proporción es variable.  En este tipo de barraje se consigue la retención del caudal y elevación 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 contención.  Es conveniente esta solución cuando el caudal de la captación es igual o mayor de la descarga promedio del rio o cuando la velocidad de flujo no es alta debido a la pequeña pendiente del curso del rio . Como consecuencia el transporte de solidos es pequeño y no afecta mayormente al sistema de compuertas.  En la época de avenidas la toma trabaja con las compuertas abiertas o parcialmente cerradas, de ninguna manera el barraje móvil debe ser un obstáculo para el paso del agua; ya que la obstrucción podría causar remansamientos desfavorables y en otros casos desbordamientos, por lo que la altura de los pilares y la abertura de compuertas debe calcularse para las máximas descargas.

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5.4.1. TIPOS BARRAJES MOVIL: Dentro de ellos tenemos las más usadas: COMPUERTAS DESLIZANTES Y RADIALES A).BARRAJES RADIALES Es una de las compuertas más usadas en grandes obras de bocatomas donde usualmente se usan series de compuertas radiales entre columnas de concreto. Se acciona a través de motores ubicados en las casetas.

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B).BARRAJE MOVIL CON COMPUERTAS DESLIZANTES: Las compuertas deslizantes están diseñadas para trabajar bajo un sin número de condiciones de operación, ya que son fabricadas para cada necesidad, ya sea durante el proceso o el mantenimiento, de seccionando o cerrado permanente, para cualquier necesidad requerida en cada planta, ofrecer una solución de control .Las compuertas deslizantes son diseñadas para un fácil manejo y a un costo adecuado. Consiste en una placa plana que se desliza a través de rieles. Actualmente este tipo de compuerta tiene muchas aplicaciones como: control de flujo, proyectos de irrigación, sistemas de drenaje y proyectos de conservación de suelos. Su utilización es útil para alturas y luces reducidas verdaderamente económico.

6. PRINCIPALES ESTUDIOS EN LA INGENIERIA:

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Son numerosos los aspectos de la ingeniería en general y de la ingeniería civil en particular que intervienen en el diseño de una obra de toma. Prácticamente debe emplearse a plenitud casi todas las especialidades de la ingeniería civil, tenemos la relación de los principales temas vinculados al diseño de una obra de toma. Ellos son: a) Estudio de la Demanda b) Topografía c) Meteorología d) Hidrología e) Transporte de Sedimentos f) Hidráulica Fluvial g) Geología h) Geodinámica i) Geotecnia j) Sismicidad k) Materiales de Construcción l) Diseño Hidráulico m) Diseño Estructural n) Diseño Electromecánico o) Procedimientos de Construcción p) Modelos Hidráulicos q) Costos y Presupuestos r) Análisis Económico y Financiero s) Estudio de Impacto Ambiental 6.1. LA INGENIERÍA CIVIL EN EL DISEÑO DE UNA BOCATOMA

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En el diseño de una obra de toma se requiere emplear al máximo los conocimientos del ingeniero civil. Las cinco fases correspondientes a una bocatoma son: a) Planeamiento b) Diseño c) Construcción d) Operación e) Mantenimiento Para proyectos de bocatomas la variedad de ingenieros son muy importantes para llevar un adecuado diseño, ya que el ingeniero civil no puede realizar todos los estudios respectivos y necesita de otros especialistas, ya que si no esto significaría la posibilidad del fracaso de todo el Proyecto de Aprovechamiento Hidráulico ,dentro ellos tenemos lo mas importantes:  El ingeniero hidráulico: debe decidir la sección del río donde es conveniente ubicar a la obra, planificar las distintas partes de la bocatoma, fijar niveles de escurrimiento, dimensiones principales, tipos de compuertas y el diseño arquitectónico. (obras grandes pueden requerir modelo hidráulico.  El ingeniero estructural: debe dimensionar las distintas obras que se requieren  El geotécnico debe preocuparse de las prospecciones necesarias en el terreno a fin de conocer las características de los suelos, precisar las necesidades de agotamiento durante la construcción y estimar los caudales que se deben bombear.  El ingeniero de construcción: deberá planificar las faenas de la construcción.  El ingeniero mecánico: le corresponde proyectar las compuertas y todos los elementos mecánicos anexos, como son los mecanismos de izamiento de las compuertas, los portales y las grúas, etc.  El ingeniero eléctrico debe estudiar la alimentación eléctrica, proyectar la subestación de poder, los mecanismos de operación de las compuertas, los 6.3. ELEMENTOS DE UNA BOCATOMA: BARRAJE MÓVIL  Elementos de control, que pueden ser locales (botoneras junto a las compuertas) o con mando a distancia (en una sala de control). INFORME ESTRUCTURAS HIDRULICAS

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 Elementos de encauzamiento y cierre. Su objeto es elevar el nivel del agua para permitir su ingreso a la toma y al canal de derivación e impedir el desborde del río.  Elementos de descarga de avenidas. Permiten el paso de las crecidas. Son órganos de seguridad.  Elementos de control de sedimentos. Tienen por objeto el manejo de los sólidos.  Elementos de control del ingreso de agua. Permiten regular la cantidad de agua que ingresa a la derivación.  Elementos de control de la erosión. Permiten disminuir la erosión y la Abrasión  Elementos estructurales. Son los que dan estabilidad a la obra

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CONDICIONES DE DISEÑO Para realizar el diseño de una bocatoma móvil antes de debe examinar los siguientes aspectos:

7.1. 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. INFORME ESTRUCTURAS HIDRULICAS

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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. 7.2. Condiciones Geológicas y Geotécnicas Es importante conocer las condiciones geomorfológicas, geológicas y geotécnicas, ya que su conocimiento permitirá dimensionar en mayor seguridad la estructura; por lo que se recomienda la obtención de los siguientes datos como resultado de los estudios geológicos – geotécnicos: a. Curva de graduación del material conformarte del lecho del río b. Sección transversal que muestre la geología de la zona de ubicación de la bocatoma. c. Coeficiente de permeabilidad. d. Capacidad portante e. Resultados sobre ensayos de hincado de pilotes ó tabla, estacas f. Cantidad de sedimento que transporta el río. 7.3. Información Hidrológica

Es de suma importancia conocer el comportamiento hidrológico del río, ya que esto permitirá garantizar el caudal a derivar y así como definir el dimensionamiento de los elementos conformantes de la bocatoma. Entre los datos a obtener son: a. Caudal del diseño para una avenida máxima. b. Caudales medios y mínimos. c. Curva de caudal versus tirante en la zona del barraje. 7.4. Condiciones Ecológicas Siempre toda construcción en un río causa alteración del equilibrio ecológico de la zona, sobre todo en lo relacionado con la fauna. Es por esta razón que, se debe tratar de no alterar dicho equilibrio mediante la construcción de estructuras que INFORME ESTRUCTURAS HIDRULICAS

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compensen este desequilibrio causado por la bocatoma; aunque debemos reconocer que, en nuestro país estas estructuras son de costo elevado y que siempre se tratan de obviar por limitaciones presupuéstales; como por ejemplo la escalera de peces y camarones. 8. PARTES DE UN BARRAJE MOVIL: 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 A).Toma Móvil 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. B).Pozas disipadoras de energía. Aguas abajo de los barrajes móvil es necesario disponer algún elemento que ayude a disipar la energía. Generalmente se disipa la energía mediante la formación de un salto hidráulico, para lo que es necesario disponer una poza. Inmediatamente aguas abajo, y como transición con el lecho fluvial, se coloca una protección de fondo a base de piedras a la que se le denomina rip-rap. C).Canal de Limpia El canal de limpia es la estructura que permite reducir la cantidad de sedimentos que trata de ingresar al canal de derivación, así como la eliminación del material de arrastre que se acumula delante de las ventanas de captación. Su ubicación recomendada es perpendicular al eje del barraje vertedero y su flujo paralelo al del río y formando Un ángulo entre 60 y 90 con el eje de la captación, a menos que se realice un modelo hidráulico que determine otras condiciones. INFORME ESTRUCTURAS HIDRULICAS

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D).Enrocado de Protección o Escollera Al final del colchón disipador es necesario colocar una escollera o enrocado (rip - rap) con el fin de reducir el efecto erosivo y contrarrestar el arrastre del material fino por acción de la filtración

E).Muros guía o de encauzamiento Son muros separadores que suelen ubicarse entre el móvil y aguas arriba de ellos. Pueden también extenderse hacia aguas abajo, separando ambas pozas disipadoras de energía, con el fin de formar las condiciones de diseño pre-establecidas (ancho, tirante, remanso, etc.

F). DIQUES DE ENZAUZAMIENTO En la mayoría de los casos, al colocar un obstáculo (barraje) en un río, por un remanso hacia aguas arriba podría causar inundaciones a los terrenos ribereños, situación no deseada que se podría agravar si el río forma un nuevo cauce coma consecuencia del remanso y que podría dejar aislada a la bocatoma. Para controlar esta situación se construyen diques de encauzamiento por lo general del tipo escollera si existen canteras de rocas en la zona del proyecto. Su dimensionamiento se realiza en función de la altura que puede alcanzar el tirante del agua en la zona de remanso: usualmente, la cota del dique se debe colocar con un borde libre (B.L) de 0.50m por encima del tirante. 8.7. TOMA O CAPTACION La cual está ubicada por lo general aguas arriba del barraje vertedero, siempre tratando de estar en un lugar donde el ingreso de sedimentos sea en mínimo (ya se ha mencionado, que el ideal es el lado exterior de la parte cóncava de una curva). En lo que respecta a su cimentación es recomendable que el lugar elegido reúna condiciones favorables de geología (es preferible buscar roca para asentar la estructura), INFORME ESTRUCTURAS HIDRULICAS

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de topografía (que disponga de una cota suficientemente a fin de disminuir las obras complicadas), y de facilidad constructiva (objetivo básico para reducir los costos de construcción).

a). Las ventanas de captación: Constituyen la toma propiamente dicha. Se trata de uno o más vanos que permiten el ingreso del agua y que trabajan hidráulicamente, sea como vertederos o como orificios. La carga hidráulica que permite el ingreso del agua se origina como consecuencia de la altura de la presa derivadora. Las ventanas pueden tener compuertas o no y suelen llevar rejillas de protección contra el ingreso de cuerpos extraños, las que pueden estar provistas de limpia rejas.

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b). Rejillas (Trash Racks)

Su objetivo básico es impedir que los materiales de arrastre y suspensión ingresen al canal de derivación, los cuales causan obstrucción y desborden aguas abajo de la captación. Las rejillas platinas unidas mediante soldadura formando paneles. La separación entre rejillas se recomienda tomarla de eje a eje; y dependiendo del tipo de material que se quiere impedir su ingreso la separación variará entre 0.025m y 0.10m (material fino) y de 0.10m a 0.20m (material grueso), recomendándose que las rejillas de menor separación en la parte superior. La colocación de la rejilla puede ser vertical o con una pequeña inclinación de 1:1/4 para facilitar su limpieza. Esta limpieza se recomienda que se haga mediante acción mecánica ya que cuando es manual en épocas de avenidas es casi imposible ejecutar con la frecuencia debida.

C. Compuerta de Regulación Son aquellas compuertas que regulan el ingreso del caudal de derivación hacia el canal INFORME ESTRUCTURAS HIDRULICAS

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Principal. Pueden estar ubicadas como parte de las ventanas de captación, o, si hubiese un elemento decantador ubicado inmediatamente aguas abajo de las ventanas de captación, Por

lo general se recomienda que el área total de las compuertas sea igual al área del canal conducto aguas abajo. Asimismo se recomienda que Ia velocidad de diseño sea de 2.0 a 2.5 m/s. d). Estructuras de Disipación Como producto de la carga de posición ganada por colocación de la cresta del vertedero de derivación a una altura sobre el lecho del río, se genera una diferencia entre el canal antiguo y la zona del bocal, que es necesario controlar mediante la construcción de una estructura de disipación. Esta estructura por lo general tiene un colchón o poza disipadora, que permite disipar dentro de la longitud de la poza de energía cinética adquirida del flujo y así salir hacia el canal de derivación un flujo más tranquilo

Compuerta de regulación y estructura de disipacion

e).Canal desripiador. Es un pequeño canal paralelo a la corriente principal, ubicado junto a las ventanas de captación y que es normal a la dirección de la corriente que ingresa a la captación. Permite la eliminación de los sólidos cuando las circunstancias hidráulicas y topográficas lo permiten.

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9.PRINCIPALES PROBLEMAS EN BOCATOMAS MOVIL:

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En general, el diseño y operación de una bocatoma en muchos de los ríos 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 información hidrológica c) Gran transporte sólido y de cuerpos extraños d) Aparición eventual del Fenómeno de El Niño (FEN).

Fases de degradacion de los suelos 9.1. SOCAVACION: Excavación profunda causada por el agua. Uno de los tipos de erosión hídrica, puede deberse al embate de las olas contra un acantilado, a los remolinos del agua, especialmente allí donde encuentra algún obstáculo la corriente, y al roce con las márgenes de las corrientes que han sido desviadas por los lechos sinuosos. En este último caso es más rápida en la primera fase de las avenidas. 9.2. SEDIMENTACION: Problema del transporte de sedimentos. Estudios de transporte de sólidos: Los sólidos son perjudiciales en las estructuras de un proyecto hidráulico dado, que producen erosión en los revestimientos de los canales o en otros casos reducción de la sección útil.

El movimiento de los sedimentos en las corrientes afecta la morfología delcauce, variando su configuración en el tiempo (sección transversal y forma enplanta). También este movimiento de materiales en el rio afecta a la diversidades estructuras alterando su normal funcionamiento. La obtención del volumen de sedimento transportado por el rio tiene importancia en el calculo de la capacidad en el dimensionamiento de trampas desedimentos principalmente.El volumen de sedimento que los ríos transportan hasta las obras y que a menudo ocasionan fallas en la operación de bocatomas y presas de embalse, en el control de las inundaciones y en las protecciones de las margenes de los ríos, se debe a tres factores de ciencia en la información cartografica e hidrometeorológica de las cuencas, vertientes, y de caudales líquidos y sólidos en la mayoría de los ríos. INFORME ESTRUCTURAS HIDRULICAS

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EROSION: La erosión es la degradación y el transporte del suelo o roca que producen distintos procesos en la superficie de la Tierra. Entre estos agentes está la circulación de agua o hielo, el viento, o los cambios térmicos. La erosión implica movimiento, transporte del material, en contraste con la disgregación de las rocas, fenómeno conocido como meteorización y es uno de los principales factores del ciclo geográfico. Puede ser incrementada por actividades humanas o antropogénicas. Los principales problemas que producen por la presencia de los sólidos son los siguientes:  Deposiciones de materiales sólidos en los canales de conducción.  Erosión de los revestimiento de los canales.  Disminución de la capacidad de captación de la toma.  Deterioro y erosión de las aguas y paletas de las centrales hidroeléctricas.

El Fenómeno de El Niño (FEN) es un fenómeno natural que representa para la ingeniería, la economía y las actividades humanas en general, una modificación transitoria, eventualmente fuerte, y algunas veces desastrosa, del clima predominante en una parte importante del planeta. Las bocatomas de la costa peruana han sufrido en mayor o menor grado el impacto del Fenómeno de El Niño. Algunas han sido destruidas, otras han sufrido fuertes daños y han salido de servicio, y, muchas de ellas, han necesitado importantes reparaciones. El resultado de la falla de una bocatoma afecta todo el proyecto INFORME ESTRUCTURAS HIDRULICAS

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que depende de ella, con los consiguientes gastos de reconstrucción o rehabilitación de la estructura y los originados por la interrupción del servicio. Muchas veces la interrupción del servicio tiene consecuencias no sólo económicas, sino sociales, pues la falta de agua es mortal para los seres vivos. Por lo tanto, la relación entre el Fenómeno de El Niño y las bocatomas es un problema real de ingeniería civil que requiere de una atención especial. Luego del mayor conocimiento que en la actualidad tenemos acerca del FEN resulta evidente que sus efectos no pueden dejar de considerarse en el diseño de una obra de derivación importante.

10. CONCLUSIONES:  Las bocatomas suelen caracterizarse principalmente por el Caudal de Captación, el que se define como el gasto máximo que una obra de toma puede admitir. Los problemas que se presentan en una bocatoma son mucho más difíciles cuando se capta agua desde un río que cuando se hace desde un cauce artificial (canal).

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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.  Todos estos componentes de la bocatoma se construyen de concreto en sus dos formas: sin refuerzo y con refuerzo de acero (concreto armado).  Todos las partes de una bocatoma movil permiten un adecuado diseño en las obras de captacion ,ya que sin un elemeto principal como los muros de encauzamiento no estaria en este tipo de barraje puede provocar que el agua del rio se desvie a terrenos agricolas ,causando inundacion,etc  Para el diseño del de bocatomas se debe tener encuenta las posibles fallas que pueden aparecer como la erosion,la socavacion,la sedimentacion (plantas),estos problemas ocrren cuando hay maxima venidas de aguas o en epoca de estiaje provoncado fallas en las estruturas hidraulicas por ello es importante que se colocen fosas disipadoras,enrocados , con la finalidad que la erosion no perjudique a las estructuras hidraulicas de la bocatoma . EJERCICIO DE APLICACIÓN

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ANEXOS DISEÑO DE BARRAJE MOVIL

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