AO DE LA INTEGRACIN NACIONAL Y EL RECONOCIMIENTO DE NUESTRA DIVERSIDAD

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA SEDE - JAEN

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Norte De La Universidad Peruana

ASIGNATURA : ABASTECIMIENTO DE AGUA Y ALCANTARILLADO

DOCENTE : ing: JOSE ANTONIO CORONEL DELGADO

CICLO : VIII

AO : 2012

ALUMNO : MENDOZA LLERENA JOHN M. TEMA : DISEO DE BOCATOMA.

FECHA : 27/02/2012

1. INTRODUCCION

Una de las necesidades humanas fundamentales es el agua, la cual es factor determinante para usos pblicos y privados, para el riego, la generacin hidroelctrica y eventualmente para servicios de transporte y comunicaciones. De hecho, el agua es un recurso natural renovable; sin embargo, su renovabilidad no responde, como otros recursos, a su multiplicacin a partir de magnitudes iniciales, sino que se trata de un recurso natural circulante, dependiente de un ciclo de cambios de estado condicionado por circunstancias climticas, geolgicas y paisajistas.

En la actualidad, uno de los problemas fundamentales en la planificacin y operacin de los recursos hdricos es el manejo de los embalses. En consecuencia se debe lograr, con un alto grado de seguridad, un balance ptimo en el uso del agua para los periodos hmedos y secos, con el objetivo de satisfacer las demandas existentes y futuras de energa elctrica, del uso para riego, abastecimiento de agua potable e industrial, y control de inundaciones.

La operacin ptima de los embalses se realiza en funcin del balance hdrico.

2. OBJETIVOS

GENERAL:

Disear nuestra bocatoma con sus respectivas partes, de acuerdo a nuestro caudal.

SECUNDARIOS:

Describir cada una de las partes de una bocatoma. Dibujar en Autocad y a escala las diversas partes de nuestra bocatoma. Aprender a utilizar las diferentes frmulas empricas que permiten el diseo de las estructuras que componen la bocatoma.

3. DESARROLLO HISTORICO DE LAS BOCATOMAS EN EL PERUEs ampliamente conocida la vocacin hidrulica del poblador peruano a travs del tiempo; muchas obras de irrigacin a lo largo de todo el territorio atestiguan la calidad y funcionalidad de dichas obras, entre ellas tenemos: El Canal de Achirana en lca, El Canal Huaca La Cruz en Lambayeque, El sistema de regado en Nazca e lca, El abastecimiento de agua a la ciudad del Cuzco y Machupicchu.As podramos ampliar la lista anterior citando numerosos ejemplos de obras hidrulicas; pero conviene hacer notar que en las pocas pre-inca e inca son donde se construyen estas obras, entrando a un oscurantismo en la poca colonial y en los inicios de la poca republicana.

Con la llegada del ingeniero Charles Sutton, la Ingeniera Hidrulica en el Per retoma la senda del progreso; es en esta poca que el ingeniero Sutton en compaa de jvenes ingenieros peruanos (Mercado, Gngora, Lama, Gilardi, etc.) logran la concepcin y en algunos casos la construccin de algunas obras hidrulicas nuevas o complementarias que permitieron el incremento de la frontera agrcola.

Pero desgraciadamente nunca ha existido una poltica de continuidad para la construccin de obras hidrulicas proyectadas, sino que estas han continuado de estudio en estudio buscando la rentabilidad de los proyectos, situacin no imposible de lograr, pero si bastante difcil de conseguir en nuestro pas por las razones ya conocidas (dificultades topogrficas, precios bajos de los productos agrcolas, etc.)

Por estas razones, y debido a la falta de una poltica agraria de parte de nuestros gobernantes es que, si se desarrollan proyectos, estos han sido ejecutados muy espaciadamente. A raz de la presencia de las entidades crediticias internacionales tales como: BIRF, BID, AID, etc., es cuando se logra retomar una nueva etapa o repunte de la construccin de pequeas, medianas y grandes irrigaciones y/o proyectos de recuperacin de terrenos agrcolas afectados por salinidad o empantamiento.Dentro de este contexto se han desarrollado los proyectos de riego o mejoramiento detierras, y en los cuales una de las principales partes del proyecto ha sido la captacin del agua desde la fuente del suministro. En este curso nos ocuparemos de aquella captacin que se origina en un ri, en estas condiciones se le conoce como bocatoma o estructura de captacin de cabecera y en los textos en ingles se les denomina Headworks, Intakes, etc.

I. BOCATOMA

Las obras de toma o bocatomas son las estructuras hidrulicas construidas sobre 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. As por ejemplo, el caudal de captacin de la bocatoma Los Ejidos, sobre el ro Piura, Proyecto Chira-Piura, es de 60 m3/s.

II. ELEMENTOS FUNDAMENTALES A SER TOMADOS EN CUENTA PREVIO AL DISEO DE BOCATOMAS

Antes de iniciar el diseo de una bocatoma, se debe examinar los siguientes aspectos: Ubicacin Topografa Condiciones Geolgicas y Geotcnicas Informacin Hidrolgica Condiciones Ecolgicas Otros

III. 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: Obras de toma para abastecimiento pblico. Obras de toma para irrigacin. Obras de toma para centrales hidroelctricas Obras de toma para industria y minera. Obras de toma para otros propsitos. Obras de toma para uso mltiple.

IV. 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) Cuerpos extraos como rboles, plantas, basura y 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 hidrolgicac) Gran transporte slido y de cuerpos extraosd) Aparicin eventual del Fenmeno de El Nio (FEN).

Para que una obra de derivacin sea estructuralmente estable es condicin indispensable que el tramo fluvial en el que se halla ubicada lo sea.

A. ANALISIS Y TRATAMIENTO DE DATOS DE DESCARGA

El diseo de estructuras hidrulicas esta ntimamente ligado al conocimiento de las descargas de un ro; en el caso de bocatomas importa de manera especial la descarga mxima, el valor medio y los valores mnimos; as como la ley de probabilidad de ocurrencia de los mismos.Dependiendo de la magnitud de la obra a disear puede ser tambin necesario conocer algunos elementos complementarios que permitan adecuar la operacin de las estructuras al comportamiento del cauce.El problema que comnmente enfrentamos en el pas es la falta de un registro histrico extenso y consistente que permita implementar las metodologas comnmente conocidas en el tratamiento de la informacin, por lo que es importante considerar aquellas metodologas que permitan inferir valores de diseo bajo estas circunstancias. Conviene sealar que existen diversas metodologas para el tratamiento de la informacin, las cuales no podrn ser tratadas en el desarrollo del curso por la orientacin y naturaleza del mismo.B. METODOLOGIA DE CALCULO

CUENCAS CON REGISTRO

En este caso podemos observar la posibilidad de que se disponga de registros suficientes en la seccin de inters para el diseo, o que la misma se halle a cierta distancia aguas arriba o abajo de la seccin de control y por lo tanto muestre diferencias en cuanto a valores de descargas con relacin a las disponibles. Como consecuencia de esta diferencia entre secciones existir diferencias de valores debidos al aporte diferencial, prdidas o usos de terceros. ANALISIS DEMAXIMAS AVENIDAS

Si disponemos suficiente informacin, esto es una serie de registros de 15 aos a ms y disponemos de un valor por cada ao, el procedimiento de clculo es el convencional, esto es, el uso de una serie anual. Si no contamos con esta informacin pero si de valores lo suficientemente altos en ms de uno por ao podemos enfrentar el anlisis mediante una serie parcial con la condicin bsica de que los valores sean independientes, esto es, no correspondan a un mismo evento meteorolgico.

Otro aspecto a considerar es el hecho de que en las cuencas tpicas de los andes, la pendiente, cobertura vegetal, longitud de cauce y morfologa, hacen posible una diferencia significativa entre el caudal medio diario y el caudal mximo instantneo: par lo que muchos casos es conveniente y necesario realizar una corriente que permita ajustar el diseo a las condiciones ms severas.La serie anual a parcial se ajusta luego a cualquiera de las funciones tericas de probabilidad ms conocida entre ellas:

- Gumbel y Log-Pearson IllC. CAUDAL MEDIO

CURVA DE DURACIN: Una forma muy usual de representar la distribucin de valores de caudales es mediante la curva duracin. Esta curva muestra el porcentaje de tiempo que un especificado caudal fue igualado o excedido durante el periodo de anlisis o registro. Si el periodo es largo la curva se aproxima a la distribucin de probabilidades de la variable. Estadsticamente la curva de duracin no es ms que una curva de frecuencia acumulada de una serie de tiempo continua, mostrando la duracin relativa de varias magnitudes. Es importante mencionar que la pendiente de esta curva depende grandemente del periodo de observacin analizado.

ELABORACIN DE LA CURVA DE DURACIN

Ordenar los caudales medios (anuales, mensuales o diarios en forma decreciente,

Contar el nmero de veces que una magnitud de caudal dada es igualada o excedido.

Calcular el porcentaje de tiempo correspondiente, mediante: P = (m/n) x 100

D. CAUDAL MINIMO

CURVA DE FRECUENCIAS EMPRICAS

El procedimiento para elaborar una curva de probabilidades emprica es el siguiente:

a.Seleccionar los valores de Q tomando el mnimo valor de la serie caudal mnimo anual.b.Ordenar los valores Q en forma decreciente.

c.Calcular la probabilidad mediante la formula:

Pm = m / (N +1) (2.17) Donde:m: ordenN: nmero total de aosPm:P[QQ0

d.Calcular el periodo de retorno Tm mediante la siguiente frmula:

Tm = 1 / (1+Pm)(2.18)

CURVA DE DISTRIBUCIONES DE PROBABILIDADESPare caudales mnimos se pueden usar funciones tericas como Gumbel, Log Normal 2, Log Normal 3, Gamma 2, entre otras. Por ser una de las mas empleadas, seguidamente se describe la distribucin de Gumbel para mnimos.

1) DISEO HIDRAULICO

Es conveniente, antes de comenzar a detallar los criterios ms difundidos sobre diseo de bocatomas, precisar sobre la necesidad, tipos y partes que componen la bocatoma.Es comn que los terrenos potencialmente a ser irrigados en un valle, se encuentran a considerable distancia del cauce del ro 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 ro. En consecuencia es necesario remontar el ro con la finalidad de encontrar un lugar apropiado topogrficamente que permita el riego de dichos terrenos, situacin no siempre fcil de encontrar, ya que podra ser que topogrficamente sea factible, pero que geolgicamente o de facilidad constructiva no sea lo apropiado; por lo que a veces es necesario formar la carga hidrulica mediante la construccin de una presa de derivacin que permita elevar el nivel de Ia superficie del agua en el ro a fin de que sea posible captar parte del caudal del ro en forma oportuna y eficiente. (ver figura 6)

2) TIPOS DE BOCATOMAS

En lo referente a los tipos de bocatomas, podemos clasificar en 4, a saber: TOMA DIRECTASSe trata de una toma que capta directamente mediante un canal lateral, que por lo general es un brazo fijo del ro 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 fcilmente en poca de crecidas, adems permite el ingreso de sedimentos hacia el canal de derivacin.

TOMA MIXTA O CONVENCIONALSe trata de una toma que realiza la captacin mediante el cierre del ro con una estructura llamada azud o presa de derivacin, el cual puede ser fija o mvil dependiendo del tipo del material usado. Ser fija cuando se utiliza un elemento rgido, por lo general concreto, y ser mvil cuando se utilizan compuertas de acero o madera. La captacin en ese tipo de bocatomas se realiza por medio de una ventana que puede funcionar como orificio o vertedero dependiendo del tirante en el ro.

TOMA MVILSe llama as aquella toma que para crear la carga hidrulica se vale de un barraje mvil. Son tomas que por la variacin de niveles en forma muy marcada entre la poca 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 travs de ellos se les conoce como barraje mvil. Su principal ventaja es que permite el paso de los materiales de arrastre por encima de la cresta del barraje vertedero o azud.

TOMA CAUSIANASon tomas cuyas estructuras de captacin se encuentran dentro de la seccin del azud, en un espacio dejado en l, protegido por una rejilla que impide el ingreso de materiales gruesos. Estas tomas no son recomendables en ros donde el arrastre de sedimentos es intenso, ye que podran causar rpida obstruccin de las rejillas.Conviene comentar que la gran mayora de ros del Per son muy jvenes y arrastran gran cantidad de sedimentos en pocas de crecidas, por lo que la construccin de estas tomas debe ser donde las condiciones lo favorezcan.

Para concluir el tipo de bocatoma ms recomendable para realizar la captacin de un caudal determinado previamente, depende de la altura del vertedero, de las condiciones de la cimentacin, del flujo en el ro, remanso aguas arriba, de la disponibilidad de los materiales de construccin y del monto del dinero asignado pare Ia ejecucin de la obra.

3) RELACION ENTRE LA LOCALIZACION DE LA ESTRUCTURA DE TOMA Y LA PRESA DE DERIVACION

Bsicamente la ubicacin de la estructura de toma (Intake) est orientado en funcin del sedimento de arrastre que trae el ro, ya que ste puede ingresar al canal o depositarse delante de la toma. Por esta razn es que Ia captacin debe ubicarse en un lugar donde los sedimentos puedan ser arrastrados por el flujo del ro y si hay posibilidad de ingreso de sedimentos hacia el canal sta debe ser lo mnimo posible.De este modo, en un tramo recto del ro, la toma debe estar inmediatamente aguas arriba del eje de la presa de derivacin, formando un ngulo entre 60o y 90o. Asimismo se recomienda, de ser posible, que el eje de la toma forme un ngulo de 20o a 30o con respecto al ro.Si se tiene que colocar la toma en tramos curvos, como ya se ha explicado anteriormente, debe estar en la zona cncava, ya que es la parte donde los sedimentos son en menor cantidad.4) CONDICION DE LECHO DE LA PRESA DE DERIVACION

Es muy importante investigar el sub-suelo donde se apoyar la presa, ya que el conocimiento de ste permitir fijar el tipo de estructura y sus condiciones apropiadas en el diseo.La investigacin del sub-suelo debe estar orientada a satisfacer las necesidades de determinacin de la capacidad admisible de carga y de evaluacin de la erodibilidad del lecho.Complementariamente, es importante mencionar otros aspectos geolgicos- geotcnicos a tener en cuenta al proyectar obras hidrulicas: su ubicacin en zonas con riesgos de falla por fenmenos de geodinmica externa y los criterios de exploracin y explotacin de canteras que proveern los materiales (agregados, rellenos, afirmados, etc.), necesarios para la ejecucin de las obras.La investigacin del sub-suelo hecha por mtodos directos o indirectos.Los siguientes son los mtodos directos usados con fines de exploracin del sub-suelo: PERFORACION: Permite identificar et tipo de materiales que conforman el lecho, determinar Ia estructura del subsuelo y obtener muestras para ensayos de mecnica de suelos.

El tipo, longitud y nmero de perforaciones variar de acuerdo al criterio del especialista, pero por lo menos deben ejecutarse perforaciones en el eje del barraje vertedero, aguas abajo y aguas arriba del eje de las compuertas de limpia, en el colchn disipador y en los tramos laterales.

El objetivo de Ia perforacin es la toma de muestras alteradas o inalteradas dependiendo de los materiales y la ejecucin de ensayos in situ.

CALICATAS: Permiten una visualizacin directa de los estratos y del lecho del ro, asimismo se pueden obtener muestras para ensayos y determinacin de la Capacidad Portante del terreno. Se le considera el mtodo ms apropiado, pese a las limitaciones obvias que presentan la necesidad de entibado y bombeo, as como la bolonera de gran tamao, normalmente presente en los lechos de los ros.

SONDEOS:

ENSAYO DE PENTETRACION STANDARD(SPT).- Debido a su simplicidad su uso est muy difundido. Normalmente se le usa con una perforadora rotatoria para atravesar los estratos gravosos en los que el SPT es inoperante. Consiste de un tubo de 51 mm de dimetro externo, el cual est unido a una sarta de varillas. El tubo tiene dos secciones (tipo caa partida) y es usado para tomar muestras, ya que es golpeado contra el suelo para obligarlo a penetrar en l mediante una pesa de 63.5 kg. la cual cae desde una altura de 75 cm. a lo largo de un eje gua. Por el nmero de golpes requerido para hacer penetrar el tubo a una profundidad de 30 cm.

ENSAYO CON EL PENETROMETRO DINAMICO LIGERO (PDL).- Se utiliza en suelos arenosos, limosos a arcillosos. Como en el caso del SPT, no es aplicable a suelos gravosos ni rocas. Consiste en introducir una punta cnica a 60o de dimetros diferentes dentro del terreno mediante la cada de una masa de 10 Kgs. corriendo por una gua hasta un cabezal desde una altura de 50 cms. El impacto es transmitido al cono mediante una sarta de varillas.Puede ser operada por dos hombres y un tercero que anote el nmero de golpes para introducir el cono 10 cms. dentro del terreno. Esta prueba correlaciona bastante bien con el SPT hasta una profundidad mxima de 5 mts., para suelos arenosos finos. En otros tipos de suelo hay necesidad de emplear cortes de calibracin para corregir los valores de n medidos respecto de N del SPT.Esta prueba est avalada por Ia Norma Alemana DIN 4094 por lo que tambin se le denomina Penetrmetro Alemn. ENSAYOS DE BOMBEO.- El mtodo de construir una cimentacin es a menudo decidido por la posibilidad de drenaje, ya que este a veces determina si se usar una estructura superficial o profunda vaciada directamente o pre-fabricada, o si se usar un caisson o pilotes para alcanzar el estrato resistente.

Por eso, el ensayo de bombeo, se utiliza ye sea para medir la permeabilidad de campo en una perforacin, o la variacin de la napa fretica.

Es importante mencionar en este punto, que tambin se puede usar el sistema Well Point como control de la napa fretica, pare lo cual ser necesario determinar la capacidad de la bomba, separacin de tuberas y el dimetro apropiado de ellas.

ENSAYOS SOBRE PILOTES

En caso de construccin de una cimentacin mediante el uso de pilotes, la capacidad portante del suelo deber ser estimada a partir del SPT y verificada mediante ensayos de carga o de hincado de pilotes para determinar la profundidad de cimentacin y magnitud del rechazo del terreno MOVIMIENTO DEL LECHO

El cauce del ro es del tipo mvil en especial en poca de avenida, lo que podra causar problemas en la construccin de las estructuras de cimentacin.

5) DETERMINACION DEL TIPO DE CIMENTACION DEL BARRAJE VERTEDERO

Existen bsicamente dos tipos de cimentacin de barraje vertedero; los del tipo flotante o sean aquellas que estn apoyadas directamente sobre el material conformarte del lecho del ro (arena y grava); o aquellas que se apoyan sobre material rocoso, a los cuales se les conoce como el tipo fijo. (Ver figuras 7-a y 7-b).

La seleccin de cualquiera de ellas estar regida por: condiciones de seguridad contra Ia erosin, control del flujo subterrneo y razones de costos durante el proceso constructivo, siendo este ltimo el ms decisivo para Ia seleccin del tipo de estructura.

6) RELACION ENTRE EL BARRAJE, VERTEDERO FIJO Y MOVIL

Si un barraje fijo es construido a lo largo de la longitud del cauce y no genera problema durante Ia poca de avenida, Ia longitud del barraje vertedero es limitado por el ancho del canal de limpia gruesa.

En cambio si el barraje fijo causa problemas durante la poca de avenida, aumentando el nivel de las aguas, en especial aguas arriba del barraje fijo, entonces, ser necesario aumentar un barraje mvil para controlar el aumento del nivel de agua sin causar problemas de inundacin.

El criterio para determinar la longitud de barraje vertedero fijo (Lf) y la longitud mvil (Lm) es que sus longitudes deben permitir pasar caudales Qm (Caudal por Zona Mvil) y Qf (Caudal por Zona Fija) que, sumados den el caudal de diseo es decir:Qm + Qf = QdConcluyendo; el costo es el que prima en la relacin entre un barraje fijo y mvil, yaque habra que comparar el gasto que ocasiona el efecto del remanso hacia aguas arriba de la presa versus Ia construccin de un vertedero muy corto; en caso contrario, ser necesario aumentarla longitud del barraje, lo cual causara una altura menor en Ia sobre elevacin de nivel de agua que ocasiona el remanso.

7) EFECTO DE REMANSO

Tal como se explico anteriormente, el hecho de construir et barraje en el cauce del ro, causa la formacin de una sobre elevacin del nivel de agua delante del vertedero que genera problemas a los terrenos agrcolas, caminos, puentes, obras de arte hidrulicas (alcantarillas, sistema de drenaje, etc.), por lo que es necesario determinar la curva de remanso formada para analizar y solucionar los problemas causados.En este curso recomendamos el uso de los siguientes mtodos:Mtodo del Paso Directo (Direct Step Method)Mtodo aproximado.8) BARRAJE VERTEDERO O AZUD

ALTURA DEL BARRAJE VERTEDERO

La altura del barraje vertedero est orientada a elevar o mantener un nivel de agua en el ro, de modo tal que, se pueda derivar un caudal hacia el canal principal o canal de derivacin. Tambin debe permitir el paso de agua excedente por encima de su cresta.Es lgico que el nivel de la cresta dar Ia carga suficiente para derivar el caudal diseado para irrigar las tierras servidas por la bocatoma.De acuerdo a la figura 12 se puede definir que la cota Cc de la cresta del barraje vertedero ser:Cc = Co + ho + h + 0.20 (en metros) (3.17) DondeCo : cota del lecho detrs del barraje vertedero (del plano topogrfico)

ho: altura necesaria para evitar el ingreso de material de arrastre (se recomienda ho0.60 m).

h : altura que necesita la ventana de captacin para poder captar el caudal de derivacin Qd (asumir que funciona como vertedero.) .20m. sumando de seguridad con el fin de corregir efectos de oleaje y de coeficientes de la frmula, pudiendo ser mayor de ser posible.

Forma de la Cresta del Barraje Vertedero

Es recomendable dar formas a la cresta de modo tal que eviten la presencia de presiones negativas que podran generar capitacin que causen daos al concreto. Es conveniente aplicar la frmula del W.E.S. (U.S. Army Engineers, WaterwaysExperiment Station) para el dimensionamiento preliminar pero, es recomendable dar un poco de robustez debido a que por lo general las frmulas dan secciones muy esbeltas y fciles de ser daadas por las erosin del ri

9) COLCHON DISIPADOR

Debido a la colocacin del barraje vertedero en el cauce del ro se genera un incremento de energa potencial que, al momento de verter el agua por encima del barraje se transforma en energa cintica que causa erosin y por lo erosivo se construyen estructuras de disipacin, conocidas como: solados (apron), colchn disipador (stilling basin), etc., que buscan o tienen por objetivo formar un salto hidrulico que logra disipar la energa cintica ganada por el barraje vertedero.A continuacin se describe el clculo de la disipacin de energa basada en la longitud del colchn disipador y de los tirantes conjugados (d1 y d2) necesarios para la formacin apropiada del salto hidrulicoa.Clculo de d1 (tirante al pie del barraje vertedero: De acuerdo a Ia figura 14:

Eo = Co + P + H + VH2/ 2g (3.18) E1 = C1 + dl +V12 / 2g (3.19) Par Bernoulli : Eo = El + hf 0-1 (3.20) Reemplazando (3.18) y (3.19) en (3.20)

Co + P + H + VH2 / 2g = C1 + d1 + V12 / 2g + hf 0-1

V12 / 2g = Co C1 + P + H + d1 + VH2 / 2g hf 0-1

V1 = (2g x (Co-C1 + P + H d1 + VH2 / 2g hf 0-1))1/2 (3.21) Donde:Co: cota del terreno en 0C1: cota del colchn disipadorP: altura del barrajeH: altura de lmina vertiented1: tirante del ro al pie del taludhf 0-1: prdida por friccin entre 0 y 1VH: velocidad en Ia cresta del barraje vertederoV1: velocidad al pie del talud

Para resolver (3.21) es necesario asumir ciertos valores tales como:

r = (Co C1), (entre 0.5 y 1.0 m.)(3.22) hfo-1 = (0.1 x VH2 / 2g), (en mts.)(3.23) d10.1 m.3.24) Reemplazando (3.22) y (3.23) en (3.21)V1 = (2g x ( r + p + H d1 + 0.9 x VH2 / 2g))1/2(325)

Este valor calculado por la ecuacin (3.25) necesita una comprobacin, ya que:V1 = Q1 / A1 = Q1 / (b1.d1) = q1 /d1(3.26)Donde:

q1 = Q1 / b1(3.27) De (3.26) se tiene:d1 = q1 / V1(3.28)Si d1 obtenido en (3.28) es muy cercano al d l supuesto (en 3.24) se prosigue al siguiente paso, o sea clculo de d2, en caso contrario se volver a tantear con otro d1.

b.Calculo del tirante conjugado d2De la conservacin de la fuerza especifica o momento entre la seccin 1 y 2, se tiene:d2 = -d1 / 2 + (d12 / 4 + 2x (V12 / g) x d1)1/2(3.29)

Comprobando:

d2 = dn + r(3.30)Donde:dn : tirante normal en el ror : profundidad del colchn disipador

La condicin (3.30) pocas veces se presenta, por lo que para buscar un salto sumergido en el colchn disipador, se acepta que:

dn + r = 1.15 x d2 (3.31)

c. Clculo de la longitud del colchn disipador

Conocidos los tirantes conjugados (d1 y d2) es posible calcular la longitud necesaria para que se produzca el salto hidrulico. Existen varias frmulas empricas y experimentales que se dan a continuacin, y que por lo general dan valores un poco conservadores pero que orientan para la toma de decisiones en el diseo final.

L = (5 a 6) x (d2-dl )(Schoklitsch) (3.32) L = 6 d1. F1,siendo Fl = V1 / (g x d )1/2(Safranez)(3.33)

L = 4 d2(U.S. Bureau of Reclamation)(3.34)

d) Espesor del Solado o Colchn Disipador

Para resistir el efecto de la subpresin es recomendable que el colchn disipador tenga un espesor que soporte el empuje que ocasiona la subpresi6n.

10) ESCOLLERAAl final del colchn 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 accin de la filtracin. (Ver figura 17).

La longitud de escollera recomendada por Bligh es:

Ls = Lt Lo(3.42) Donde:Lt = 0.67 C (Db .q)1/2 : longitud total de escollera(3.43)Lo = 0.60 C D11/2: longitud del colchn(3.44) Db: altura comprendida entre la cota del extremo aguas abajo el colchn disipador yla cota de la cresta del barraje vertedero, en m. (ver figura 17).

D1: altura comprendida entre el nivel de agua en el extremo aguas abajo del colchn disipador y la cota de la cresta del barraje vertedero, en m.(Ver figura l7).

q: avenida de diseo por unidad de longitud del vertedero. C: coeficiente de Bligh. (Ver tabla 10).Reemplazando (3.43) y (3.44) en (3.42), resulta:

Ls = 0.6 C D11/2 (1.12 (q.Db / D1)1/2-1)(3.45)

11) CONTROL DE INFILTRACIONEl agua que se desplaza por debajo de la presa vertedero causa arrastre de material fino creando el fenmeno de tubificacin: este problema se agrava cuando el terreno es permeable.

El ingeniero Bligh estudio este fenmeno con presas construidas en Ia India, recomendando que el camino que recorre el agua por debajo del barraje vertedero (camino de percolacin) debe ser mayor o igual que la carga disponible entre los extremos aguas arriba y aguas abajo del barraje vertedero afectado por un coeficiente, es decir:SC.h(3.46)

Donde:

S: camino de percolacinC: coeficiente de Bligh h: diferencia de nivel entre el nivel aguas arriba y aguas abajo del barraje vertedero (Ver figura 18).

Este criterio fue corregido por Lane despus de observar casi 200 estructuras entre las que funcionaban bien y las que fallaron. Lane planteo la siguiente expresin:

S = 1/3LH +LvCL.h(3.47)Donde:

LH, LV : suma de longitudes horizontales y verticales respectivamente, que tenga la seccin de la presa.CL: coeficiente de Lane. (Ver tabla 10).

Es por este criterio que se busca alargar el camino de percolacin de un dentelln aguas arriba y aguas abajo, manteniendo siempre una separacin entre ellos, que debe ser mayor que el doble de la profundidad del dentelln ms profundo.

Asimismo; se acostumbra a poner zampeado aguas arriba del vertedero, sobre todo cuando el suelo es permeable, con el fin de alargar el camino de percolacin as como dar mayor resistencia al deslizamiento y prevenir efectos de erosin, en especial en pocas de avenidas. La longitud recomendada por la experiencia es tres veces la carga sobre la cresta.

La figura 19 muestra el perfil del barraje vertedero con los elementos dimensionados.

12) CANAL DE LIMPIA VELOCIDAD REQUERIDA PARA EL CANAL DE LIMPIA

El canal de limpia es la estructura que permite reducir la cantidad de sedimentos que trata de ingresar al canal de derivacin, as como la eliminacin del material de arrastre que se acumula delante de las ventanas de captacin. Su ubicacin recomendada es perpendicular al eje del barraje vertedero y su flujo paralelo al del ro y formando Un ngulo entre 60 y 90 con el eje de la captacin, a menos que se realice un modelo hidrulico que determine otras condiciones.En los referente al material que se acumula en el canal de limpia, el flujo existente en el canal debe tener una velocidad (Vo) capaz de arrastrar estos sedimentos depositados. La magnitud de Vo est dada por la siguiente frmula:Vo = 1.5 c. d1/2 = 1.5VDonde:Vo : es la velocidad requerida para iniciar el arrastre.C : coeficiente en funcin del tipo de material; siendo 3.2 pare arena y gravaredondeada y 3.9 para seccin cuadrada; de 4.5 a 3.5 para mezcla de arena y grava.d: dimetro del grano mayor. V: velocidad de arrastre.

La figura 20 presenta una grfica de la ecuacin (3.48)

ANCHO DEL CANAL DE LIMPIA

El ancho del canal de limpia se puede obtener de la relacin:B = Qc / q(3.49) q = Vc3 / g (3.50)Donde:B : ancho del canal de limpia, en metrosQc: caudal a discurrir en el canal de limpia para eliminar el material de arrastre, en m3/s.q : caudal por unidad de ancho, en m3/s/m.Vc: velocidad en el canal de limpia para eliminar el material de arrastre, en m/s. g: aceleracin de la gravedad, en m/s2.

Este ancho sirve de referencia para el clculo inicial pero siempre es recomendable que se disponga de un ancho que no genere obstrucciones al paso del material de arrastre, sobre todo el material flotante (troncos, palizada, etc.).

Basado en las experiencias obtenidas en ros del Per, se recomienda que el ancho mnimo sea de 5 metros o mltiplo de este valor si se trata de varios tramos; situacin recomendable para normar el ancho del canal de limpia.(Ver figura 21).

A continuacin se menciona algunas recomendaciones sobre los parmetros o caractersticas del canal de limpia:

a.Caudal en la zona de limpiaSe debe estimar el caudal en la zona del canal de limpia en por lo menos 2 veces el caudal a derivar o igual al caudal medio del ri.

b.Velocidad en la zona de LimpiaSe recomienda que est entre 1.50 a 3.00 m/s

c.Ancho de la zona de Limpia Se recomienda que sea un dcimo de la longitud del barraje PENDIENTE DEL CANAL DE LIMPIA

Es recomendable que el canal de limpia tenga una pendiente que genere la velocidad de limpia. La frmula recomendada para calcular Ia pendiente critica es:Ic = n2 .g10/9 / q2/9(3.51)Donde:

Ic: pendiente critica.g: aceleracin de la gravedad, en m/s2.n: coeficiente de rugosidad de Manning.q: descarga por unidad de ancho (caudal unitario), en m2/s.

Se debe recordar que, siempre el fondo del canal de limpia en la zona de Ia ventana de captacin debe estar por debajo del umbral de sta entre 0.6 a 1.20 m. Asimismo el extremo aguas abajo debe coincidir o estar muy cerca de la cota del colchn disipador

13) TOMA O CAPTACION CRITERIOS GENERALESYa se ha definido la funcin del barraje vertedero y del canal de limpia; a continuacin se tratar de la estructura de captacin o toma, la cual est ubicada por lo general aguas arriba del barraje vertedero, siempre tratando de estar en un lugar donde el ingreso de sedimentos sea en mnimo (ya se ha mencionado, que el ideal es el lado exterior de la parte cncava de una curva).En lo que respecta a su cimentacin es recomendable que el lugar elegido rena condiciones favorables de geologa (es preferible buscar roca para asentar la estructura), de topografa (que disponga de una cota suficientemente a fin de disminuir las obras complicadas), y de facilidad constructiva (objetivo bsico para reducir los costos de construccin). ESTRUCTURAS COMPONENTES DE LA TOMA

Tal como se muestra en la figura 22, describiremos las partes de una toma de acuerdo al sentido del flujo del agua derivado:

REJILLA

Su objetivo bsico es impedir que los materiales de arrastre y suspensin ingresen al canal de derivacin, los cuales causan obstruccin y desborden aguas abajo de la captacin.Las rejillas platinas unidas mediante soldadura formando paneles. La separacin entre rejillas se recomienda tomarla de eje a eje; y dependiendo del tipo de material que se quiere impedir su ingreso la separacin variar entre 0.025m y 0.10m (material fino) y de 0.10m a 0.20m (material grueso), recomendndose que las rejillas de menor separacin en la parte superior.La colocacin de la rejilla puede ser vertical o con una pequea inclinacin de 1:1/4 para facilitar su limpieza. Esta limpieza se recomienda que se haga mediante accin mecnica ya que cuando es manual en pocas de avenidas es casi imposible ejecutar con la frecuencia debida.La principal objecin de colocar rejillas es que causa prdidas, las cuales deben ser consideradas durante el dimensionamiento de la altura del vertedero y en el clculo del tirante en el canal de derivacin.

La prdida de carga que ocasiona una rejilla se puede calcular por Ia frmula:

H = 1.32 (T.V/D)2. (sen A) . (sec15/8 B)(3.52) Donde:H : prdida de carga, en pulgadasT: : espesor de la platina (rejilla), en pulgadasV: : velocidad de ingreso a travs de la rejilla, en pies/s(Se recomienda V = 1 m/s).A : ngulo de rejilla con la horizontal (ver fig. 23)B : ngulo de aproximacin (Ver figura 23)D : separacin entre ejes de cada platina, en pulgadas.

VENTANA DE CAPTACION

La captacin de agua se realiza mediante una abertura llamada ventana de captacin debido a que se encuentra a una altura de 0.60 m. del piso del canal de limpia como mnimo (Ver figura 24). Sus dimensiones son calculadas en funcin del caudal a derivar y de las condiciones econmicas ms aconsejables.Para dimensionar la ventana de captacin se debe tomar en cuenta las siguientes recomendaciones:Ho: altura para evitar ingreso de material de arrastre; se recomienda 0.60 m. como mnimo.Otros recomiendan ho > H/3, aunque es obvio que cuanto mayor sea ho menorser el ingreso de caudal slido.h : altura de la ventana de captacin; es preferible su determinacin por la formula de vertedero:Q = c. L . h 3/2 (3.53)

Donde:Q: caudal a derivar ms caudal necesario para operacin del sistema de purga. C: coeficiente de vertedero, en este caso 1.84L : longitud de ventana que por lo general se asume entre 3 a 4 m.

En conclusin; los parmetros de la ventana de captacin estn ntimamente relacionados, pero siempre es necesario tener en cuenta el factor econmico en el diseo.

CAMARA DE DECANTACIONDespus que el agua rebosa el vertedero de la ventana de captacin, es necesario atrapar o decantar el material que ha podido pasar a travs de la rejilla; a esta estructura que realiza la decantacin y aquietamiento del agua antes que ste ingrese a la zona de compuertas de regulacin, se le conoce como cmara de carga, cmara de decantacin a desripiador. (Ver figura 25)

En lo referente a su diseo, algunos autores lo dimensionan asumiendo que el espacio entre las ventanas de captacin y las compuertas debe ser igual a la longitud del resalto, considerando que se produce un resalto sumergido, criterio que asume que siempre se va atener una seccin trapezoidal o similar.

En nuestra opinin, es preferible disear en funcin de generar una velocidad que permita un arrastre del material que pudiera ser decantado, para lo cual es necesario dar una fuerte pendiente paralela al flujo en el ro; pero esto est limitada por la cota de salida que le permite al ro, sobre todo en pocas de avenidas. Se recomienda una pendiente mayor de 2%Asimismo es conveniente que la compuerta de limpia tenga una abertura capaz de descargar el caudal de derivacin en el mejor de los casos, pero es practica comn darle un ancho de 1.50 m. a la compuerta COMPUERTA DE REGULACIONSon aquellas compuertas que regulan el ingreso del caudal de derivacin hacia el canal principal (ver figura 26). Por lo general se recomienda que el rea total de las compuertas sea igual al rea del canal conducto aguas abajo.Asimismo se recomienda que Ia velocidad de diseo sea de 2.0 a 2.5 m/s.

El caudal que pasa por cada compuerta se calcula mediante la siguiente frmula:Q = C. A. (2gh)1/2 = C. A. V(3.54) Donde:Q : caudal que debe pasar por la compuerta (m3/s)C : coeficiente de descarga, su valor est entre 0.6 a 0.8A : rea de abertura de la compuerta (m2)g : aceleracin de la gravedad (m/s2)h : diferencia de niveles entre aguas arriba y a. abajo de la compuerta (m).

En (3.54), conociendo V (del valor de diseo recomendado), se determina h (por lo general se estima entre 0.15 a 0.30 m) y luego se halla el valor de A..Cuando se tiene una luz grande es conveniente dividir la luz en varios tramos iguales para disponer de compuertas ms fciles de operar.

TRANSICIONDe acuerdo al criterio del diseador, algunas veces se suele unir las zonas de las compuertas con el canal mediante una transicin. que a la vez permite reducir las prdidas de carga. Para determinar la longitud requerida se aplica el siguiente criterio:L = (b1-b2) / (2tg1230)Donde:b1: ancho de la zona de compuertas b2: ancho del canal de derivacin

ESTRUCTURAS DE DISIPACION

Coma producto de la carga de posicin ganada por colocacin de la cresta del vertedero de derivacin a una altura sobre el lecho del ro, se genera una diferencia entre el canal antiguo y la zona del bocal, que es necesario controlar mediante la construccin de una estructura de disipacin (ver figura 26).Esta estructura por lo general tiene un colchn o poza disipadora, que permite disipar dentro de la longitud de la poza de energa cintica adquirida del flujo y as salir hacia el canal de derivacin un flujo ms tranquilo. ALIVIADEROS

En algunos casos por mala operacin de las compuertas de regulacin ingresa mayor cantidad de caudal al canal de derivacin; para controlar esta situacin no deseada es necesario colocar un aliviadero. Por lo general los aliviaderos se colocan cerca de las compuertas de regulacin.( ver figura 27)

14) MUROS DE ENCAUSAMIENTO Son estructuras que permiten encauzar el flujo del ro entre determinados limites con el fin de formar las condiciones de diseo pre-establecidas (ancho, tirante, remanso, etc.; ver figura 28).

Estas estructuras pueden ser de concreto simple a de concreto armado. Su dimensionamiento esta basado en controlar el posible desborde del mxima nivel del agua y evitar tambin que la socavacin afecte las estructuras de captacin y derivacin.

En lo referente a la altura de coronacin que estas estructuras deben tener, se recomienda que su cota superior est por lo menos 0.50 m por encima del nivel mximo de agua.

Con respecto a su cota de cimentacin, se recomienda que sta debe estar por debajo o igual a la posible profundidad de socavacin (ver diques de encauzamiento).

Con la altura definida se puede dimensionar los espesores necesarios para soportar los esfuerzos que transmiten el relleno y altura de agua; es prctica comn disear al volteo, deslizamiento y asentamiento.

15) DIQUES DE ENCAUSAMIENTO En la mayora de los casos, al colocar un obstculo (barraje) en un ro, por un remanso hacia aguas arriba podra causar inundaciones a los terrenos ribereos, situacin no deseada que se podra agravar si el ro forma un nuevo cauce coma consecuencia del remanso y que podra dejar aislada a la bocatoma. Para controlar esta situacin 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 funcin 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.

La figura 29 presenta la seccin tpica recomendada.

CALCULO DEL TAMAO DE LA ROCA

A continuacin se presentan dos mtodos que permiten dimensionar el tamao medio del enrocado.El primer mtodo emplea la siguiente frmula:Db = (b /) . (V2 / 2g) . (1/f)(3.56)Donde:f = (1 - sen2a /sen2 )1/2(3.57)= ( s- a) / a = (SG-1)(3.58)Db: dimetro de roca, en mm. V: velocidad del ro, en m/s.SG : gravedad especifica de la roca, en kg/m3s: peso especifico de la roca, en kg/m3 a: peso especifico del agua, en kg/m3b : coeficiente (1.4 para nuestros ros)g : aceleracin de la gravedad, en m/sg2a : ngulo del talud del dique (1:1.5. ElEl~ 33) : ngulo de friccin internaEl otro mtodo recomendado es usando los grficos de las figuras 30 y 31; el primer grfico nos da el dimetro de la roca para iniciar el movimiento, asumiendo peso especifico de la roca igual a 2.64 Tn/m3 y en funcin de la frmula:W=13.75 x 10-3 V6(3.59) Donde:W : peso de la roca, en KgV : velocidad media en el cauce, en m/s

El segundo grfico nos da la relacin entre la velocidad media actuante sobre la roca(Vo) y la velocidad media en el cauce (V) mediante la siguiente frmula:

Vo / V = 0.71 / (0.68 Log (d/k) + 0.71)(3.60)Este mtodo se basa en que, por lo general, se conoce el tirante en el cauce

(d), la velocidad en el ro (V) y se desea conocer el dimetro nominal de la roca(k) para resistir una velocidad media sobre ella.

El proceso consiste en asumir un dimetro (k) y aplicando la ecuacin (3.60) calcular (Vo), luego se comprueba el valor del dimetro supuesto con la utilizacin del grfico de la figura 30 que permite ajustar el valor del dimetro supuesto.

Es recomendable que el enrocado descanse sobre un filtro cuya misin es impedir que el agua al entrar en contacto con el talud se introduzca por los intersticios y que podra arrastrar el material conformarte del ncleo del enrocado.

16) DISEO DE LA COMPUERTA LIMPIACon el desarrollo de la tecnologa peruana en la construccin de compuertas, el diseo de las compuertas ha cado en el campo de la ingeniera mecnica: pero es necesario que el aspecto hidrulico precise las condiciones que guen el dimensionamiento de las compuertas de limpia gruesa, as se recomienda:

a. AlturaEl nivel de la corona de la compuerta debe estar 0.20 m. por encima de la cresta del vertedero.

b. Tirante mximo de agua de diseo

Es aquel que se genera cuando Ia compuerta funciona tipo rebose libre(overfliw).

c. Tirante de agua de rebose permisible0.30 a 0.50 m.

d. Altura de izajeLa compuerta debe estar 1.5 a 2.0m ms alto que el mximo nivel de agua con laavenida de diseo.

e. Velocidad de izajeSe recomienda 30 cm/minuto, es conveniente tener en cuenta que los costosaumentan cuando aumenta la velocidad de izaje.

f. Tipo de izajeEl uso de cables es recomendable cuando las luces son considerables y el devstagos cuando las luces son pequeas.

g. Coeficiente de seguridadEl coeficiente de seguridad del acero se puede asumir entre 3 y 4.

h. Plancha

EI espesor mnimo debe estar entre 6 y 10 mm. Se debe considerar siempre el efecto de corrosin.

En 1o referente al dimensionamiento del rea del tablero, se recomienda usar la siguiente frmula:A = Q / (c. (2 g H )1/2) (3.65)

Donde:Q : caudal que pasa a travs de la compuertaA : rea del tablero de la compuertaC: coeficiente de descarga; se usa 0.60 para compuertas deslizantes y 0.72 para radiales.g : aceleracin de la gravedad.H : carga efectiva sobre la compuerta.

Con el rea (A) obtenida, se puede calcular el tipo de mecanismo necesario para el izaje de la compuerta mediante la obtencin de la fuerza de izaje total (F), que permite el levantamiento de la compuerta de rea (A), de peso (W) y con Ia utilizacin de un vstago de peso (w).

La siguiente formula permite calcular la fuerza necesaria que debe tener un mecanismo de izaje para levantar la compuerta:

F = A .H .f + W + w (3.66)Donde:A : rea de la compuertaH : carga efectiva sobre la compuertaf: coeficiente de friccin; asumir 0.7 como valor conservador. W: peso de la compuerta.w : peso del vstago.

A) MUROS DE ENCAUZAMIENTO

Son estructuras que permiten encauzar el flujo del ro entre determinados lmites con el fin de formar las condiciones de diseo pre-establecidas (ancho, tirante, remanso, etc.)Estas estructuras pueden ser de concreto simple a de concreto armado. Su dimensionamiento est basado en controlar el posible desborde del mximo nivel del agua y evitar tambin que la socavacin afecte las estructuras de captacin y derivacin.En lo referente a la altura de coronacin que estas estructuras deben tener, se recomienda que su cota superior est por lo menos 0.50 m por encima del nivel mximo de agua.

B) BARRAJE

Es una represa construida a travs del ro con el objeto de levantar el nivel de agua del mismo, su altura debe ser tal que permita una carga de agua suficiente en la toma, para el ingreso seguro del agua en esta, considerando las prdidas de carga que se producen en los muros, rejillas y compuertas de seccin en la toma. El barraje puede presentar los casos extremos siguientes:

Una presa muy larga y poco elevada en tramos anchos del curso del ro. La solucin es sencilla ya que la presin del agua no es elevada y permite diseos estables. Una presa corta pero elevada en tramos profundos del curso del rio. En este caso la presin es menor por lo cual la presa ser ms cara, ya que demandar estribos y cimentaciones mas reforzadas.

Elementos Principales Del BarrajeLos elementos son: La presa propiamente dicha. La poza de tranquilizacion o colchn de disipacin El enrocamiento. Clases de Barraje Bocatomas De Barraje FijoBocatomas De Barraje MvilBocatomas De 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. El desempedrador tiene una fuerte pendiente y al extremo del mismo se instalan compuertas para la eliminacin de los materiales gruesos. Este tipo de bocatoma se adapta mejor al rgimen variable de los ros de la costa peruana, ya que en la poca de estiaje trabajan nicamente con la regulacin que se efecta con el barraje mvil, mediante el cierre o la apertura de las compuertas mientras que en la poca de crecidas trabajan con las compuertas de limpia abiertas y el paso libre del flujo encima del barraje fijo. DISEO DE BARRAJEPara el diseo del barraje se considera esta estructura como si fuera un vertedero de pared gruesa.

CALCULO DE LA ALTURA EN BARRAJES PARA MAXIMAS Y MINIMAS AVENIDAS

De donde:

Q= caudal mximo o mnimo del rio M= 2.21 cuando la presa es perpendicular al rio (pared gruesa)b= ancho del rioh= carga de agua mxima o mnima

segn el Ing: NOSAKY Una vez establecido un apropiado tirante y de agua en el canal de conduccin, se ubicara el vertedero del barraje a una elevacin sobre el fondo del rio, igual a:P = 3y , cuando el caudal sea menor a 1P = 2.5y , cuando el caudal sea menor a 1 a 10P = 2y , cuando el caudal sea mayor a 10El diseo y las dimensiones de un barraje, que responda a estas condiciones de seguridad, se indican en la tabla siguiente:

Tabla para dimensionar las secciones del barraje

SEGMENTOP=H=1P=H=2P=H=3

h=0h=5h=0h=5h=0h=5

A5,0010,009,0014,0013,0018,00

E4,205,207,408,4010,6011,60

C0,804,701,505,502,406,40

D1,802,803,504,505,206,20

F1,001,001,501,501,901,90

B0,700,700,900,901,201,20

G0,250,500,400,600,500,70

J0,500,500,600,600,700,70

K0,400,400,500,500,600,60

SECCIONES Y DIMENSIONES DEL BARRAJE (vista de perfil )

POZAS DISIPADORAS DE ENERGA.Aguas abajo de los barrajes fijo y mvil es necesario disponer algn elemento que ayude a disiparla 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.

C) REJILLAS

Su objetivo bsico es impedir que los materiales de arrastre y suspensin ingresen al canal de derivacin, los cuales causan obstruccin y desborden aguas abajo de la captacin.La separacin entre rejillas se recomienda tomarla de eje a eje; y dependiendo del tipo de material que se quiere impedir su ingreso la separacin variar entre 0.025 m y 0.10 m (material fino) y de 0.10 m a 0.20m (material grueso), recomendndose que las rejillas de menor separacin en la parte superior.La colocacin de la rejilla puede ser vertical o con una pequea inclinacin de 1:1/4 para facilitar su limpieza. La principal objecin de colocar rejillas es que causa prdidas, las cuales deben ser consideradas durante el dimensionamiento de la altura del vertedero y en el clculo del tirante en el canal de derivacin.La prdida de carga que ocasiona una rejilla se puede calcular por Ia frmula:H = 1.32 (T.V/D)2. (sen A) . (sec15/8B)Dnde:H : prdida de carga, en pulgadasT: : espesor de la platina (rejilla), en pulgadasV: : velocidad de ingreso a travs de la rejilla, en pies/s(Se recomienda V = 1 m/s).A : ngulo de rejilla con la horizontalB : ngulo de aproximacin.D : separacin entre ejes de cada platina, en pulgadas.

D) VENTANA DE CAPTACIN

La captacin de agua se realiza mediante una abertura llamada ventana de captacin debida a que se encuentra a una altura de 0.60 m. del piso del canal de limpia como mnimo. Sus dimensiones son calculadas en funcin del caudal a derivar y de las condiciones econmicas ms aconsejables.Para dimensionar la ventana de captacin se debe tomar en cuenta las siguientes recomendaciones:Ho : altura para evitar ingreso de material de arrastre; se recomienda 0.60 m. como mnimo.Otros recomiendan ho > H/3, aunque es obvio que cuanto mayor sea ho menor ser el ingreso de caudal slido.h : altura de la ventana de captacin; es preferible su determinacin por la formula de vertedero:Q = c. L .h3/2Dnde:Q : caudal a derivar ms caudal necesario para operacin del sistema de purga.C : coeficiente de vertedero, en este caso 1.84L : longitud de ventana que por lo general se asume entre 3 a 4 m.

ELEMENTOS DE UNA BOCATOMA DE CAPTACION LATERALTal como se muestra en la, describiremos las partes de una toma de acuerdo al sentido del flujo del agua derivado:

E) COMPUERTA DE REGULACIN

Son aquellas compuertas que regulan el ingreso del caudal de derivacin hacia el canal principal (ver figura. Por lo general se recomienda que el rea total de las compuertas sea igual al rea del canal conducto aguas abajo. Asimismo se recomienda que Ia velocidad de diseo sea de 2.0 a 2.5 m/s.

El caudal que pasa por cada compuerta se calcula mediante la siguiente frmula:Q = C. A. (2gh)1/2 = C. A. VDnde:Q : caudal que debe pasar por la compuerta (m3/s)C : coeficiente de descarga, su valor est entre 0.6 a 0.8A : rea de abertura de la compuerta (m2)g : aceleracin de la gravedad (m/s2)h : diferencia de niveles entre aguas arriba y a. abajo de la compuerta (m).

F) DESARENADOR

DEFINICINLos desarenadores son obras hidrulicas que sirven para separar (decantar) y remover (evacuar) despus, el material slido que lleva el agua de un camal.El material slido que se transporta ocasiona perjuicios a las obras:1. Una gran parte del material slido va depositndose en el fondo de los canales disminuyendo su seccin. Esto aumenta el costo anual de mantenimiento y produce molestas interrupciones en el servicio de canal.2. Si los canales sirven a plantas hidroelctricas, la arena arrastrada por el agua pasa a las turbinas desgastndolas tanto ms rpidamente cuanto mayor es la velocidad. Esto significa una disminucin del rendimiento y a veces exige reposiciones frecuentes y costosas.CLASES DE DESARENADORES1. En funcin de su operacin: Desarenadores de lavado continuo, es aquel en el que la sedimentacin y evacuacin son dos operaciones simultneas. Desarenadores de lavado discontinuos (intermitente), que almacena y luego expulsa los sedimentos en movimiento separados.

2. En funcin de la velocidad de escurrimiento: De baja velocidad v < 1 m/s (0.20 . 0.60 m/s) De alta velocidad v > 1 m/s (1.00 . 1.50 m/s)

3. Por la disposicin de los Desarenadores: En serie, formado por dos o ms depsitos construidos uno a continuacin del otro. En paralelo, formado por dos o ms depsitos distribuidos paralelamente y diseados para una fraccin del caudal derivado.

DESARENADORES DE LAVADO INTERMITENTE

Son el tipo ms comn y la operacin de lavado se procura realizar en el menor tiempo posible con el objeto de reducir al mnimo las prdidas del agua.

FASES DEL DESARENAMIENTO

Fase sedimentacin Fase de purga (evacuacin)En la figura 1 se muestra un esquema de un desarenador de lavado intermitente.

ELEMENTOS DE UN DESARENADOR

Para cumplir su funcin, el desarenador se compone de los siguientes elementos:

1. Transicin de entrada, la cual une el canal con el desarenador.

2. Cmara de sedimentacin, en la cual las particular slidas caen al fondo, debido a la disminucin de la velocidad producida por el aumento de la seccin transversal.Segn Dubuat, las velocidades lmites por debajo de las cuales el agua cesa de arrastrar diversas materias son:

para la arcilla 0.081 m/spara arena fina 0.160 m/spara la arena gruesa 0.216 m/s

3. Vertedero, al final de la cmara se construye un vertedero sobre el cual pasa el agua limpia hacia el canal. Las capas superiores son las que primero se limpian es por esto que la salida del agua desde el desarenador se hace por medio de un vertedero, que hasta donde sea posible debe trabajar con descarga libre. Tambin mientras ms pequea es la velocidad de paso por el vertedero, menos turbulencia causa en el desarenador y menos materiales en suspensin arrastra. Como mximo se admite que esta velocidad puede llegar a v = 1 m/s. De la ecuacin de un vertedero rectangular sin contracciones:

Donde: Q = caudal (m3/s)C = 1.84 (cresta aguda)C = 2.0 (perfil Creaguer)L = longitud de la cresta (m)h = carga sobre el vertedero (m)Si el rea hidrulica sobre vertedor es:

La velocidad ser:

Casi siempre el ancho de la cmara del desarenador no es suficiente para construir el vertedero recto y perpendicularmente a la direccin del agua. Por esto se le ubica en curva que comienza en uno de los muros laterales y contina hasta cerca de la compuerta de desfogue. Esta forma facilita el lavado permitiendo que las arenas sigan trayectorias curvas y al mismo tiempo el flujo espiral que se origina las aleja del vertedero.4. Compuerta de lavado, sirve para desalojar los materiales depositados en el fondo. Para facilitar el movimiento de las arenas hacia la compuerta, al fondo del desarenador se le da una gradiente fuerte del 2% al 6%. El incremento de la profundidad obtenido por efecto de esta gradiente no se incluye en el tirante de clculo, sino que el volumen adicional obtenido se lo toma como depsitos para las arenas sedimentadas entre dos lavados sucesivos. Es necesario hacer un estudio de la cantidad y tamao de sedimentos que trae el agua para asegura una adecuada capacidad del desarenador y no necesitar lavarlo con demasiada frecuencias.Hidroenergia