NDICE

TITULOPAGINA

OBRA DE TOMA 1

ELEMENTOS DE LAS OBRAS DE TOMA

1

OBRAS DE TOMA A TRAVS DE CORTINAS DE CONCRETO3

OBRAS DE TOMA A TRAVS DE CORTINAS DE TIERRA O DE TIERRA Y ENROCAMIENTO

3

OBRAS DE TOMA EN TNEL

4

ESTRUCTURAS DE ENTRADA

5

REJILLA

6

VELOCIDADES DEL AGUA A TRAVS DEL VANO DE LAS COMPUERTAS EN ESTRUCTURAS DE ENTRADA

8

PERDIDADS DE CARGA POR ENTRADA

8

LOCALIZACION DE LA OBRA DE TOMA EN RELACION CON LOS NIVELES DE EMBALSE

9

OBRAS DE TOMA EN PRESAS DE DERIVACIN 10

LOCALIZACION11

CONSIDERACIONES DE DISEO12

OBRAS DE CAPTACION

CLASIFICACION

CAPTACIONES LATERALES14

CAPTACIONES DE FONDO O SUMERGIDAS15

CAPTACION POR LECHO FILTRANTE15

ESTACIONES DE BOMBEO15

TORRE DE CAPTACIN EN CORRIENTE CON REGULACIN15

CAPTACIN POR SIFN EN CORRIENTES CON REGULACIN15

CAPTACION EN FUENTES SUBTERRNEAS16

MANANTIALES 16

POZOS SOMEROS17

GALERAS FILTRANTES19

OTRAS CAPTACIONES

AGUAS LLUVIAS20

DESANILIZACIN 23

OBRA DE TOMALas obras de toma en presas son pasajes o conductos a travs de los cuales se extrae agua, de acuerdo con una ley determinada.Formando un conjunto de estructuras y sus auxiliares que permiten condiciones satisfactorias de flujo, eficiente control y regulacin de las extracciones en cualesquiera circunstancias. El diseo de obra de toma vara mucho de acuerdo con las condiciones geolgicas y topogrficas, los tipos y dimensiones de las cortinas, as como las variaciones de gasto por extraer. Para esta ltima condicin puede ser suficiente una obra de toma; pero en grandes ros o en grandes presas se puede requerir varias tomas, o bien una toma con varios pasajes o conductos.Extracciones de agua de las presas se pueden requerir para irrigacin, abastecimiento de poblaciones, produccin de fuerza motriz, conservacin de niveles bajos en caso de control de avenidas, satisfaccin de derechos por servidumbre y, en algunos casos, navegacin fluvial. Los valores concretos de los gastos y sus variaciones se determinan por medio de los estudios hidrolgicos correspondientes. Por ejemplo, la capacidad de una obra de toma y su funcionamiento estar condicionada por la ley de extracciones, de acuerdo con el uso o los usos a que se destine. La ley de extracciones es un dato previo al diseo de la toma. Los conductos de las obras de toma se pueden localizar a travs de las cortinas de concreto, dentro de trincheras sobre roca slida, en cimentaciones de cortinas de tierra o tierra y enrocamiento, o en tneles localizados en las mrgenes del ro, en casos de cortinas de concreto, de tierra o de tierra y enrocamiento.Con frecuencia se planea la construccin de tneles de desvo para presas con cortinas de concreto en arco delgado y para casi todos los tipos de tierra y tierra y enrocamiento, los que, una vez cumplida la funcin del desvo, se aprovechan para localizar en ellos las obras te toma. Los conductos de las obras de toma en presas pueden descargar directamente al ro o a los sistemas de conduccin, previa la disipacin de la energa cintica del agua.

ELEMENTOS DE LAS OBRAS DE TOMAEn general, una obra de toma consiste en estructura de entrada, conductos, mecanismos de regulacin y emergencia con su equipo de operacin y dispositivos para disipacin de energa.La estructura de entrada puede consistir en desarenador, rejillas y orificio u orificios. Con frecuencia en la estructura de entrada se instalan compuertas de emergencia o de control con el objeto de desaguar los conductos en caso necesario. Asimismo, a lo largo de los conductos se construyen transiciones, cuando se requieren cambios en el tamao o la forma de las secciones rectas; en algunas ocasiones ser necesario construir un canal de acceso o llamada, con el fin de orientar el flujo de agua desde el vaso hasta el sitio de la toma. Los mecanismos de regulacin y emergencia consisten en vlvulas o compuertas que se disean para la carga mxima y se construyen para ciertas condiciones de operacin. Las de emergencia se instalan aguas arriba de los de regulacin y se conservan abiertas, excepto cuando se requieren maniobras de inspeccin, reparacin o mantenimiento. Los mecanismos de regulacin se operan para extraer los gastos necesarios, y consisten en vlvulas o compuertas que pueden operar a aberturas parciales o en su totalidad.Con frecuencia es conveniente prever una ventilacin adecuada en aquellos sitios en que se puedan presentar presiones subatmosfricas o sea necesario dejar escapar aire comprimido, principalmente en done las vlvulas o compuertas vayan a operar bajo grandes cargas. Una forma adecuada para las entradas a las tomas sencillas.

Entrada en obra de toma

Los mecanismos de emergencia se instalan en el parmetro mojado de cortinas de concreto o a la entrada de los conductos en cmaras especiales desde donde se operan; los de regulacin se pueden instalar inmediatamente aguas debajo de las de emergencia o en el extremo inferior de los conductos, de acuerdo con las circunstancias particulares de cada caso. Los conductos en las obras de toma pueden ser tneles o tuberas, o bien tneles y tuberas, en donde las tuberas trabajarn a presin y los tneles tambin a presin o como canales abiertos.Algunos tneles pueden trabajar a presin desde la entrada hasta la estructura de compuertas, y desde all como canal abierto hasta el extremo de aguas abajo.Todos los elementos de la obra de toma se deben planear para satisfacer las condiciones particulares del sitio determinado. Las elevaciones, las pendientes y los alineamientos los determinarn las cargas de operacin, la capacidad requerida, la localizacin y la elevacin del agua en la descarga, etc. Es conveniente que los alineamientos sean segn una lnea recta o muy cercana a ella; y cuando sean necesarios los cambios de direccin o codos, que los radios de curvatura de los ejes no sean menores de cinco veces los dimetros de los conductos.

OBRAS DE TOMA A TRAVS DE CORTINAS DE CONCRETO Cuando las obras de toma se instalan cruzando cortinas de concreto los conductos comnmente se colocan atravesando la seccin de concreto, a lo largo de lneas horizontales o con pendiente hacia aguas abajo, con el objeto de que en ningn caso la lnea de gradiente hidrulico intercepte dicho conducto. La posicin de la lnea de presiones se debe investigar para flujo mximo y para la condicin de golpe de ariete negativo.Las descargas directas al ro se pueden localizar en las descargas de los vertederos o muy cerca de ellos. Las obras de toma con descargas directas a los sistemas de conduccin se deben localizar de manera que cumplan satisfactoriamente con esta condicin. Asimismo, tanto el nmero de conductos y sus dimensiones como otros detalles de las obras de toma se deben planear en tal forma que los gastos requeridos se pueden extraer para cualesquiera elevaciones en el embalse y en la descarga. Los conductos a travs del cuerpo de una cortina de concreto generalmente son de forma circular, aun cuando se pueden requerir secciones rectangulares para la instalacin de cierto tipo de vlvulas o compuertas. En estos casos se deber prever la ejecucin de transiciones. Los conductos para bajas descargas se pueden construir simplemente con el hueco en el concreto; para altas cargas por lo general se requiere el revestimiento con placa de acero en toda su longitud. En todos los casos se deben investigar los efectos de concentracin de esfuerzos, para disear el refuerzo adecuado en el concreto.En la gran mayora de los casos las descargar de la obra de toma se localiza en las zonas no vertedoras de las cortinas, por lo que es necesario prever algn dispositivo para para disipar la energa cintica del agua, antes de que regrese el agua al ro o a los canales de conduccin. En caso de que el sistema de conduccin sea una tubera forzada, no ser necesario este ltimo dispositivo.

OBRAS DE TOMA A TRAVS DE CORTINAS DE TIERRA O DE TIERRA Y ENROCAMIENTOLas obras de toma con conducto de concreto a travs de cortinas de tierra o tierra y enrocamiento se deben construir en la superficie de desplante, en roca firme, o en trincheras excavadas en terreno firme. Ninguna parte de la obra de toma se deber cimentar arriba de la superficie de desplante, sobre rellenos, donde la puedan daar los asentamientos diferenciales.En cortinas altas es conveniente que los conductos de la toma queden cimentados en roca firme; y en cortinas bajas slo se deben aceptar cimentaciones en terrenos suaves, cuando se consideren adecuados despus de las investigaciones de resistencia correspondientes. En presas de mucha altura con cortina de tierra o tierra y enrocamiento es frecuente que las compuestas o vlvulas de emergencia queden localizadas en cmaras o tiros verticales que coincidan con el eje de la cortina, para eliminar la necesidad de construir torres de toma muy altas, al pie del talud de aguas arriba, as como puentes de acceso a la sala de control de los mecanismos. Los tramos de conductos que queden aguas arriba de la cmara o los tiros verticales debern siempre conducir al agua con presin interna provocada por la carga de embalse, con el objeto de evitar que las variaciones en dicha presin hagan variar el dimetro del conducto y, por consiguiente, favorezcan la formacin de tubificaciones a lo largo del contacto entre superficie exterior del conducto y el terrapln. Hacia aguas debajo de la cmara de vlvulas las descargas se pueden efectuar a travs de tuberas a presin, dentro del conducto de concreto, o libremente para que el conducto trabaje como canal abierto. En ambos casos las vlvulas o compuertas de regulacin se instalan en el lado aguas debajo de las de emergencia, pudiendo haber necesidad de prever la construccin de dispositivos de disipacin de energa en el extremo de salida. En el primer caso, de descarga a travs de tuberas a presin, se deben prever los accesos para inspeccin y mantenimiento. La forma de la seccin de los conductos puede ser circular o de herradura; la circular es preferible para la seccin bajo presin, en el lado de aguas arriba de las cmaras. En cambio, la seccin herradura puede resultar ms conveniente para el lado de aguas debajo de dichas cmaras.Todos los conductos se deben disear y reforzar para soportar, sin agrietamientos, las cargas de terrapln de la cortina. En ningn caso se deben permitir filtraciones de los conductos hacia el terrapln. Por otra parte, hay que disear collares en la superficie exterior de los conductos para prevenir filtraciones peligrosas en el contacto concreto-tierra que puedan favorecer la formacin de tubificaciones. Estos collares pueden ser de 0.30 m a 0.50 m de espesor, penetrando de 0.50 m a 1.50 m en el terrapln, y espaciados de 6 m a 12 m.En presas de pequea altura con frecuencia se instalan las compuertas de emergencia y servicio en una estructura en torre, aguas arriba del cuerpo de la cortina, habiendo necesidad de un puente de acceso y haciendo trabajar todo el conducto como canal abierto.

OBRAS DE TOMA EN TNEL Las obras de toma a travs de tneles en las laderas constituyen quiz el tipo de toma ms conveniente para presas con cortinas de tierra, tierra y enrocamiento o arcos delgados, cuando se deben descargar gastos de cierta consideracin.En realidad se pueden combinar con todos los tipos de cortinas, cuando las laderas estn formadas de roca sana, y permiten diseos muy econmicos, sobre todo cuando las descargas se localizan a lo largo de los tneles de desvo. Los mecanismos de emergencia se pueden colocar en estructuras a la entrada o en cmaras relativamente cercanas a la entrada, o en cmaras relativamente cercanas a la entrada, con el fin de disminuir la longitud de tnel sometida a presin interna. La descarga hacia aguas debajo de las compuertas pueden ser a canal abierto, pero en caso de que la seccin hidrulica para el conducto sea menor que la del tnel, se instalarn tuberas dentro del conducto, con vlvulas de regulacin en el extremo de aguas abajo.Cuando se diseen descargas libres aguas debajo de las compuertas se deben prever una buena ventilacin del tnel, ya sea dejando un espacio libre entre el nivel mximo del agua y la clave de conducto o por medio de tuberas de ventilacin colocadas exprofeso.El acceso a la zona de compuertas o vlvulas se puede hacer por medio de tiros verticales hasta la superficie del terreno.En el caso de tuberas aguas debajo de la zona de vlvulas la seccin del tnel debe ser suficiente para permitir las operaciones de construccin, inspeccin y reparaciones, con unas dimensiones adecuadas de equipo.Se dotar a la tubera de anillos atiesadores, soportes y juntas de expansin, para garantizar un buen comportamiento, as como machones de anclaje en caso de cambios de direccin.Aun cuando los tneles pueden ser revestidos o no, de acuerdo con las condiciones de la roca que atraviesen, es conveniente que sean revestidos en su totalidad, incluyendo la zona de tuberas o descargas libres. Dicho revestimiento se deber reforzar de acuerdo con las probables condiciones de carga a la que estar sometido de manera que se eviten agrietamientos que pueden ser nocivos, principalmente en la parte aguas arriba de la zona de compuertas o vlvulas.Todas las grietas o fisuras en la roca exterior de la seccin del revestimiento se debern inyectar en forma adecuada a fin de garantizar el trabajo solidario entre roca y revestimiento.Por otra parte, podrn ser necesarios o no dispositivos de disipacin de energa, en el extremo de aguas abajo, de acuerdo con las caractersticas del sitio o las condiciones particulares de la descarga.

ESTRUCTURAS DE ENTRADALas estructuras de entrada en obras de toma constan principalmente de rejillas o de una combinacin de rejillas y compuertas de emergencia o control.Dependiendo del diseo particular en cada presa, la obra de toma debe corresponder a las condiciones de cimentacin, descargas requeridas, cargas de operacin, variaciones de niveles del agua en el embalse y cantidad de slidos flotantes que pueden llegar a la toma.Debido a las condiciones hidrulicas de que se hablar despus, se requiere mayor rea de rejillas que de compuertas y, por consiguiente, el desarrollo de la superficie de rejillas puede tomar formas relativamente caprichosas. Por ejemplo, en obras de toma a travs de cortinas de concreto la estructura de rejillas puede tener proyecciones en planta, rectangular, en lnea quebrada con varios lados o semicircular; en obras de toma a travs de cortinas de tierra, tierra y enrocamiento o tneles en las laderas, las rejillas se pueden desarrollar a lo largo de lneas quebradas o curvas, e incluso colocarse en torres de toma dentro del vaso. En algunos casos, relativamente frecuentes en Mxico, las estructuras de toma a travs de tneles en ladera se construyen a lo de las superficies inclinadas a la ladera. Esta ltima solucin no se debe adoptar en los taludes de aguas arriba de las cortinas de tierra y enrocamiento, debido a los trastornos que se pueden presentar durante la operacin, como consecuencia de los asentamientos del cuerpo de la cortina.Es deseable que estructuras de entrada en que se instalen compuertas de control tengan acceso en todo tiempo, para poder realizar maniobras de inspeccin y reparaciones en caso necesario. En tomas con baja carga, para el caso, se deja la posibilidad de instalar obturadores de aguja, ya sea metlicos o de madera. Para tal efecto se dejan ranuras con aristas protegidas con ngulos de acero, o vigas H como apoyos de las agujas.En tomas profundas se utilizan compuertas de emergencia que pueden ser rodantes o deslizantes, para dejar en seco la zona de inspeccin o reparacin. Cuando la estructura de entrada se resuelve a base de torre dentro del vaso es necesario proveerlas de puente de acceso, ya sea desde la corona de la cortina, como en el puente de acceso, ya sea desde la corona de la cortina.

REJILLALas rejillas evitan que los slidos flotantes atraviesen la estructura de entrada y entren a los sistemas de conduccin, pudiendo afectar los mecanismos que estn instalados aguas abajo, sern vlvulas de emergencia, de servicio, turbinas hidrulicas o bombas.Pueden no ser necesario instalar rejillas en tomas que trabajen con descarga a canales abiertos o tneles trabajando como tales.Los elementos que constituyen una rejilla son principalmente soleras de hierro apoyadas en vigas de concreto o viguetas de acero estructural. Las soleras generalmente son de 0.01 m a 0.03 m de ancho por 0.05 m a 0.15 m centro a centro, y con una longitud que puede llegar a los 4.0 m o 5.0 m, de acuerdo con las condiciones de cada caso.Es posible formar marcos de ngulo de acero estructural y soldar las soleras a ellos; pero estos marcos son muy pesados y no tienen gran rigidez para las maniobras de montaje y desmontaje en caso de reparacin. Muchas veces es preferible transportar las soleras al sitio y colocarlas aisladas, formando un conjunto a base de pernos y separadores de tubo, colocados cerca del centro de la solera, los que tambin hacen las veces de atiesadores. Las rejillas en tomas someras generalmente se limpian a mano, con un rastillo; pero la limpieza en las rejillas de las tomas profundas se hacen con mecanismos automticos que se desplazan sobre vas de ferrocarriles.Las velocidades del agua a travs del rea neta entre rejillas varan de 1.0 m/seg en tomas someras hasta 5 m/seg en rejillas instaladas en tomas profundas.

l= longitud efectiva para clculo de la rigidez lateral.L= longitud total de la solera.Las prdidas de carga en las rejillas se pueden calcular con la expresin siguiente:

En donde

= 2.42 para soleras rectangulares con arista viva.s= espesor de las soleras.b= separacin entre soleras.V1= velocidad del agua frente a la rejilla.= ngulo que forma la direccin del flujo con la rejilla. En climas muy fros donde exista posibilidad de formacin de hielo en las rejillas se deben tomar precauciones especiales para impedirlo.En algunas abras de toma se inyecta aire caliente por la parte inferior con el objeto de formar un flujo vertical ascendente y descongelar las zonas en que se haya iniciado el congelamiento.La separacin entre soleras de 0.05 m y 0.15 m depender del tamao de los mecanismos que se instalen aguas abajo.VELOCIDADES DEL AGUA A TRAVS DEL VANO DE LAS COMPUERTAS EN ESTRUCTURAS DE ENTRADAEs recomendable que la velocidad del agua a travs del vano de las compuertas en estructuras de entrada no sea mayor que el valor dado por la expresin que sigue, pero limitada a 8 m/seg como mximo.

En donde V= velocidad media a travs del vano de la compuerta en m/seg.g= intensidad de la gravedad, en m/seg2h= carga desde el centro de gravedad del vano hasta la superficie de aguas mximas normales o de operacin, en metros. PERDIDADS DE CARGA POR ENTRADAConviene que las aristas en los muros de entrada de las tomas se redondeen para deducir prdidas de carga y evitar efectos de cavitacin, tanto como sea posible.Sin embargo, existen ocasiones en que son necesarias las aristas vivas, cuando se instalan compuertas de emergencia en la entrada de las tomas. En este caso se debe prever una ventilacin eficiente en la parte aguas abajo del asiento de las compuertas.Las prdidas de carga en diferentes entradas en obras de toma, en trminos de la carga de velocidad hv, se pueden estimar en la forma siguiente:

Entradas circulares en forma de campana,0.1 hv

Entradas cuadradas, con aristas devastadas en forma de campana,0.2 hv

Entradas cuadradas con aristas vivas,0.5 hv

Compuertas en muros delgados con aristas redondeadas,0.1 hv

Compuertas en muros delgados, con las contracciones no suprimidas,1.5 hv

Para las transiciones las prdidas de carga expresadas en trminos de diferencias de carga de velocidad entre la parte de aguas arriba y aguas abajo se puede estimar como sigue:Contracciones graduales, 0.1 (hv2 hv1)Expansiones graduales, 0.2 (h1 h2)En cambios bruscos, 0.5 (hv2 hv1)Las cargas de trabajo para rejillas y sus elementos de soporte, en tomas profundas, por lo general se consideran equivalentes a una presin hidrosttica de 8.0 m a 12.0 m; y en el caso de tomas superficiales las correspondientes a una presin hidrosttica, actuando sobre la superficie de las rejillas, obturadas en un 50% de su rea.En las rejillas propiamente dichas el esfuerzo del trabajo del acero no debe sobrepasar en ningn caso el lmite elstico, con el fin de evitar deformaciones permanentes que puedan daarlas, hacerlas inefectivas e incluso provocar su falla, lo que tendra consecuencias sumamente graves en caso de algunas instalaciones hidrulicas, pero sobre todo en el de plantas hidroelctricas. Con el objeto de disminuir la longitud de flambeo lateral y poder hacerlas trabajar a esfuerzos altos, se reduce la longitud efectiva por medio de los tobos separadores que tambin hacen las veces de rigidizantes en el sentido lateral.En la estructura de soporte, que puede ser de concreto o de acero, se puede permitir que se excedan los esfuerzos de trabajo en un 33% de los que permite el cdigo segn la teora elstica.

LOCALIZACION DE LA OBRA DE TOMA EN RELACION CON LOS NIVELES DE EMBALSEEn presas de almacenamiento las obras de toma deben satisfacer dos condiciones: a) Deben estar lo suficientemente abajo del nivel mnimo de operacin para que se disponga de carga suficiente para que se efecte el flujo. El nivel mnimo de operacin puede coincidir o no con el nivel correspondiente a la capacidad de azolvesb) Teniendo en cuenta que es prcticamente comn reservar un almacenamiento para azolves o almacenamiento muerto, la toma debe quedar lo suficientemente alta para no interferir con esta condicin, que al mismo tiempo garantiza cierta calidad del agua que se extraiga. Un buen criterio es el sustentado por el U.S.B.R. que recomienda localizar la obra de toma arriba del nivel de azolves, habiendo necesidad de efectuar una compensacin del volumen de aprovechamiento transformado en volumen muerto, como se ilustra en la figura siguiente:

0-1Altura necesaria para la capacidad de azolves

1-2Altura de la obra de toma

2-3 Ht carga total necesaria sobre la toma =

1-3Altura necesaria para alojar la toma

1-4Altura inicial correspondiente a la capacidad de aprovechamiento

4-5Sobreelevacin del embalse para compensar el volumen V, correspondiente a 1-3

3-5Altura final correspondiente a la capacidad de aprovechamiento

Desde luego, esta solucin trae como consecuencia sobreelevar la presa una cantidad 4-5, por lo que el proyectista debe tener en cuenta esta circunstancia y valorarla.Como se dijo antes el nivel horizontal, correspondiente a un volumen a partir del lecho del ro, es una posicin convencional, aceptada comnmente, aun a sabiendas de que los azolves no sedimentan en tal forma. Por tal razn, algunos sugieren en que en presas de almacenamiento de gran capacidad la obra de toma se localice abajo del nivel horizontal de azolves, ya que es poco probable que durante la vida til de la presa los azolves lleguen a invadir la zona cercana a la cortina. Sin embargo, actualmente en presas mexicanas ya ha sido necesario sobreelevar la toma, en vista de que los azolves las han invadido.

OBRAS DE TOMA EN PRESAS DE DERIVACION Con este tipo de obras de toma se busca extraer agua del vaso de una presa de derivacin cuya capacidad de almacenamiento no existe o es despreciable para efectos de regulacin. Debido a esta circunstancia las estructuras se construyen para una de dos condiciones:a) Con el mismo rgimen del escurrimiento, si aguas arriba est construida una presa de almacenamiento cuyas extracciones correspondan a cierto rgimen prestablecido.b) Con un gasto ms o menos constante que puede corresponder al mnimo del escurrimiento, cuando la presa derivadora se construye en un ro virgen sin regulacin aguas arriba. Por consiguiente, estas obras de toma son estructuras de superficie, que generalmente se localizan en uno o ambos extremos de la cortina, y cuyas elevaciones se escogen de manera que dominen, y que, adems, sus diferentes partes no sean daadas por el agua en caso de avenidas.Por otra parte, en vista de que el agua que escurre por el lecho del ro lleva consigo grandes cantidades de gravas y arenas, como arrastre de fondo, se debe considerar la construccin de algn dispositivo desarenador con el fin de eliminar tales arrastres, antes de que el agua pase por la toma y, posteriormente, al sistema de conduccin y a la zona de aprovechamiento.Y teniendo en cuenta que el agua que escurre con frecuencia lleva consigo slidos flotantes que pueden provocar molestias y conflictos en la operacin del sistema de conduccin, es conveniente prever, en tales casos, la instalacin de rejillas.

LOCALIZACION DE LA OBRA DE TOMACuando en una presa derivadora se vayan a construir dos obras de toma, una en cada margen del ro, es conveniente que la localizacin de la presa se haga en un tramo recto del ro; pero si slo existiera una obra de toma, desde el punto de vista de arrastres de fondo es muy ventajoso localizar la toma en la parte cncava de una curva, ya que estas zonas se encuentran limpias de arrastres de fondo debido a las trayectorias que toman las partculas de agua.

Vase figura

En estas condiciones se consigue disminuir en forma apreciable los acarreos de fondo que llegan al frente de la toma.Por otra parte, el umbral de la toma propiamente dicho debe quedar a una elevacin mayor que el piso del canal de acceso, con el objeto permitir que en dicho canal se acumulen los acarreos slidos y evitar que pasen a la conduccin; y, a su vez, el umbral de la toma debe tener una elevacin adecuada, en relacin con las estructuras de conduccin y las obras de aprovechamiento, de manera que el flujo se pueda lograr por gravedad y a niveles mnimos en el ro. La parte superior de las estructuras, como coronamientos y puentes de maniobras y acceso, deben llevar arriba de los mximos niveles que alcancen las aguas en flujos extraordinarios; para esto, a partir del nivel de aguas mximo extraordinario se debe dejar un borde libre en funcin del oleaje probable que pueda presentar en el embalse de la presa derivadora.CONSEDERACIONES PARA EL DISEO DE OBRAS DE TOMA EN PRESAS DERIVADORASEl diseo de toma en presas derivadoras se debe efectuar en conjunto con el de la cortina de ambos se relacionan ntimamente y dependen de las condiciones tipogrficas, geolgicas e hidrolgicas del sitio de localizacin. En general, las obras de toma se deben planear de manera que las extracciones se puedan hacer con un mnimo de disturbios en el flujo, as como de prdidas de carga a travs de compuertas, rejillas, y transiciones.El tirante, aguas arriba de las compuertas, debe ser suficiente para obtener las velocidades que se requieren del agua, a travs de las rejillas y compuertas y para suministrar los tirantes adecuados al flujo, aguas debajo de la toma. Cuando las velocidades a travs de las aberturas de las compuertas son mayores que las de la conduccin aguas abajo, es posible recuperar algo de exceso en carga de velocidad en el tramo de transiciones.En derivaciones a tneles o canales revestidos, en donde la descarga se efecta a velocidades relativamente altas, es conveniente que el rea total de los huecos de las compuertas sea del mismo orden de magnitud que las secciones del conducto aguas abajo, y para estas condiciones de la totalidad de prdidas de la entrada.Con frecuencia el asiento de las compuertas y el piso en la zona de transiciones se construyen a la misma elevacin que la plantilla del canal; pero en ocasiones puede ser necesario independizar el flujo de la toma al correspondiente del conducto aguas abajo mediante una pequea rpida y tanque amortiguador. Tanto las pilas intermedias como los muros extremos deben tener las aristas redondeadas, con el fin de disminuir las prdidas por entrada y guiar mejor los filetes lquidos.En el caso de las obras de toma que se construyan en terrenos limoarcilloarenosos o de rocas relativamente suaves y permeables se deben tomar precauciones especiales para evitar tubificaciones e infiltraciones excesivas, as como tener en cuenta el efecto de la subpresin en las diferentes partes de la estructura. Para el clculo hidrulico de estas tomas es vlido lo que se dijo para tomas profundas, debindose aadir que, tomando en cuenta que uno de los objetivos del canal de acceso es facilitar la sedimentacin de los slidos de arrastre que lleva consigo el agua del ro, es recomendable que en dicho canal la velocidad del agua sea del orden 0.5 m/seg.Asimismo, la velocidad del agua entre los espacios de soleras de las rejillas debe ser del orden de 0.6 m/seg a 1.0 m/seg; y la velocidad del agua a travs de los vanos de las compuertas es recomendable que tenga valores del orden 2.5 m/seg., para gasto de diseo.

CAPTACION LATERALEs muy utilizada cuando la fuente de aprovechamiento posee un caudal relativamente grande. El sitio se selecciona donde la estructura quede a una altura conveniente del fondo y, ubicada al final de las curvas, en la orilla exterior, y en lugares protegidos de la erosin o socavacin.Para asegurar un nivel mnimo de las aguas, se debe proyectar un muro normal o inclinado con respecto a la direccin de la corriente, adems de muros laterales para proteger y acondicionar la entrada del agua al conducto y para colocar los dispositivos necesarios para regular el flujo o impedir la entrada de materiales indeseables.Si se quiere un buen diseo es necesario estudiar el comportamiento hidrolgico de la corriente, determinar lo gastos mximos, mnimos y la curva de duracin de caudales naturales. La informacin hidrologa que se refiere a los gastos mximos permite asegurar una debida proteccin de la estructura contra las avenidas. La informacin de gastos mnimos garantiza la seccin de una caudal a captar, adecuado a los niveles mnimos de la corriente, y, en el caso de corrientes naturales, con alta demanda de agua, la curva de duracin de caudales provee la informacin acerca de las limitaciones y alcances de la corriente para suministrar los gastos deseados.

Este tipo de captacin es frecuente cuando la conduccin se va a efectuar mediante una estacin de bombeo, ya que sera necesario proyectar la salida a un nivel bastante bajo, teniendo en cuenta los niveles mnimos del ro.En caso de que sea necesario efectuar la conduccin por gravedad, se pude adoptar el tipo de obra que es tpico de este caso en particular y consiste en proyectar un sistema de compuertas de cualquier tipo, con el fin de elevar artificialmente el nivel del agua, mantenindolo a una altura o cota superior constante.Al extremo del desarenador, en el inicio del canal de conduccin o de la tubera, se proyecta una compuerta que permite interrumpir el flujo en caso necesario.

CAPTACION POR LECHO FILTRANTE El sistema de lecho filtrante o unidades de prfiltracin, como tambin se denominan es una obra de captacin de agua y al mismo tiempo funciona como pre tratamiento, se puede clasificar de acuerdo a la direccin del flujo, pueden ser de dos tipos, horizontales y verticales. Los de flujo vertical pueden ser, a su vez, de dos tipos: descendentes y ascendentes. Prefiltro horizontal Prefiltro vertical mltiple de flujo descendente Prefiltro vertical de flujo ascendente

ESTACION DE BOMBEOLas Estaciones de Bombeo son estructuras destinadas a elevar el fluido desde un nivel energtico inicial a un nivel energtico mayor; su funcin es tratar que las aguas residuales que se generan en las ciudades cumplan con el objetivo principal de procedimiento de estabilizacin, es decir; remover de las aguas residuales la materia orgnica que ocasiona la contaminacin; eliminar los microorganismos patgenos que representan un grave peligro para la salud; y, utilizar su efluente para reutilizacin, con otras finalidades.

TORRE DE CAPTACIN EN CORRIENTES CON REGULACIN TORRES DE TOMA. Este tipo de captacin consiste en una torre de concreto o mampostera que se construye en una de las mrgenes del ro sobresaliendo varios metros del nivel de aguas mximas, con dos o ms entradas, con sus compuertas y rejillas. Para que esta toma sea estable, la estructura de sostn debe quedar enterrada abajo del nivel de socavacin y protegida contra la erosin que provoque la avenida en poca de lluvias. Una torre se captacin, tiene la facilidad de tomar el agua a distintos valores del tirante de la corriente, utilizando siempre el nivel ms superficial, donde el agua tiene el menor contenido de slidos en suspensin. Este tipo de toma se recomienda para gastos superiores a 50 lps.

CAPTACIN POR SIFN EN CORRIENTES CON REGULACNLos sifones se utilizan para facilitar el riego de cultivos de alta densidad con caudales pequeos que circulan en los surcos superficiales. La instalacin del sistema es poco costoso y facilita el riego en nuevas tierras con escasa nivelacin y preparacin.

Los sifones ms prcticos son de PVC que se encuentran con los dimetros comerciales siguientes: 3, 2 , 2, 1 , 1 , 1 y . En nuestro medio los sifones son fabricados a partir de formaletas que permiten obtener la curvatura del tubo PVC, un caso tpico los constituyen los ingenios azucareros que producen sus propios talleres sifones para satisfacer la demanda interna.

CAPTACIN EN FUENTES SUBTERRNEAS: POZOS SOMEROS, GALERAS FILTRANTES, MANANTIALES.Las aguas subterrneas constituyen importantes fuentes de abastecimiento de agua. Tienen muchas ventajas, en general, el agua no requiere un tratamiento complicado y las cantidades de agua disponible son ms seguras. A veces, el descanso de los niveles de agua en los pozos ha causado su abandono; pero en la actualidad, los modernos mtodos de investigacin permitirn una aproximacin muy segura de los recursos de agua subterrnea para una prolongada produccin. Las posibles obras de captacin para este tipo de agua son:a) Manantiales b) Pozos somerosc) Galeras filtrantes

ManantialesLos manantiales pueden ser de filtracin, de fisura o tubulares segn los intersticios de donde proviene el agua y de gravedad o artesianos segn su origen.

Caja de manantial. El detalle muestra la unin de la tubera con dos codos a 90o con el fin de permitir que el filtro sea levantado sobre el nivel del agua para su limpieza

La captacin se puede hacer mediante cajas cerradas de concreto reforzado o mampostera de piedra o tabique. El agua se debe extraer solamente con una tubera que atraviese la caja y sta lleva una tapa movible o registro; no se requiere ventilacin. Se debe excavar lo suficiente para encontrar las verdaderas salidas de agua, procurando que la entrada del agua a la caja de captacin se efecte lo ms profundo posible. Se le debe dotar a la caja de un vertedor de demasas.

Tres manantiales protegidos conectados a una trampa de sedimentos

Dependiendo de si el manantial es de ladera (filtracin o tubular) o de piso (fisura), se le tiene que proteger por medio de cunetas que intercepten los escurrimientos superficiales. Se recomienda que estas cunetas se excaven a una distancia de 10 m de los manantiales.

Pozos Un pozo es una perforacin vertical, en general de forma cilndrica y de forma cilndrica y de dimetro mucho menor que la profundidad. El agua penetra a lo largo de las paredes creando un flujo de tipo radial. Se acostumbra clasificar a los pozos en poco profundos o someros y profundos. Los pozos someros excavados son aquellos que permiten su explotacin del agua fretica y o sublvea.

Se construyen con picos y palas; tienen dimetros mnimos de 1.5 metros y no ms de 15 metros de profundidad. Para permitir el paso del agua a travs de las paredes del pozo se dejan perforaciones de 25 mm de dimetro con espaciamiento entre 15 y 25 cm centro a centro. Si las paredes del pozo son de mampostera de piedra o tabique, se dejan espacios sin juntar en el estrato permeable para permitir el paso del agua.

Los pozos poco profundos pueden tambin construirse por perforacin o entubado.Al uso de los pozos someros o poco profundos para suministros pblicos pueden hacerse las siguientes objeciones:1. Dan un rendimiento incierto porque el nivel fretico flucta con facilidad y considerablemente.2. La calidad sanitaria del agua es probable que sea deficiente. Por las razones anteriores las poblaciones que consumen agua subterrnea disponen ordinariamente de pozos profundos. Los pozos profundos tienen la ventaja de perforar capas acuferas profundas y extensas, circunstancias que evitan rpidas fluctuaciones en el nivel de la superficie piezomtrica y dan por resultado un rendimiento uniforme y considerable. El agua profunda es adecuada para obtener una buena calidad sanitaria, a menos que est contaminada por infiltraciones en la capa acufera, por cavernas o fisuras en las rocas que la recubren. Los inconvenientes son el gran costo de los pozos y el hecho de que el largo recorrida subterrnea del agua puede dar lugar a que disuelvan materias minerales que pueden hacerla dura, corrosiva o inadecuada. En el pozo ordinario o de capa libre, el agua se eleva a la altura del material saturado que le rodea, y no se halla sometida en el acufero a otra presin ms que la atmosfrica. Un pozo artesiano es aquel en que el agua se eleva por encima del nivel en que se encuentra el acufero, debido a la presin del agua aprisionada o bloqueada en el acufero.

CAPTACION DE AGUAS POR MEDIO DE GALERAS DE INFILTRACION La galera de infiltracin en principio consiste en un tubo perforado o ranurado, rodeado de una capa de granzn o piedra picada gradada, instalada en el acufero subsuperficial, o en el caso de captacin indirecta de aguas superficiales, en el estrato permeable que se comunica con dichas aguas.

En los extremos aguas arriba de la galera y a la longitud aproximada de 50 metros, normalmente se coloca un pozo de visita. En el extremo aguas abajo se construye una tanquilla o pozo recolector, de donde se conducen las aguas por gravedad o por bombeo hacia el sistema de distribucin.

El tubo de recoleccin es normalmente de concreto o de asbesto cemento. Su dimetro es funcin del gasto de captacin, siendo el mnimo recomendable del orden de 8 a 10.La galera de infiltracin se orienta de acuerdo con la direccin predominantemente del flujo subterrneo. Cuando la velocidad de un ro es pequea y existen estratos de alta permeabilidad que se conectan con el ro, la galera de infiltracin normalmente se instala paralela al eje del mismo. En este caso la direccin del flujo subterrneo es principalmente desde el ro hacia la galera, aunque desde el lado opuesto de la misma tambin penetrar el agua, ya que todo el acufero se encuentra saturado. En caso de acuferos de gran extensin que alimentaran el ro, el flujo predominantemente es normalmente desde el acufero hacia el ro y la instalacin de la galera ser anloga.En caso de cursos rpidos y estratos de baja permeabilidad, ser necesario investigar la direccin de flujo subterrneo, a fin de interceptar el paso del mismo con la galera de infiltracin. Normalmente ramales perpendiculares al eje del ro dan los resultados deseados. Cuando, con la excepcin de unos bancos de arena o grava depositados por el ro en un lecho limitado, no existen estratos permeable, la galera se instala por debajo del ro, normal a su eje. La misma solucin se emplea cuando el acufero es de muy baja permeabilidad. A fin de determinar las caractersticas de diseo de las galeras, es necesario hacer excavaciones o perforaciones de prueba en cada caso especfico. En vista de que las galeras son obras costosas, conviene determinar: 1) la permeabilidad media del acufero, para estimar la produccin por metro lineal de galera y 2) la granulometra de terreno para determinar las caractersticas de la grava de envoltura.En caso de gastos pequeos, del orden de 3 a 5 lts/s, normalmente basta una excavacin de prueba hasta una profundidad conveniente por debajo del nivel esttico del agua.Se extrae luego con bomba, a una tasa fija y se observa el descenso de nivel. La estabilizacin de dicho nivel para una tasa fija de bombeo prolongado, significar que el recargamiento natural del acufero desde el ro, iguala el gasto extrado. A base de este gasto y estimando el rea toral de penetracin del agua en la excavacin de prueba, puede formarse una idea acerca de la longitud necesaria de galera para el gasto de diseo.En caso de gastos mayores, adems de la excavacin de prueba, ser necesario perforar o excavar uno o varios pozos de observacin, a fin de determinar el descenso del nivel de agua a cierta distancia del punto donde se efecta el bombeo de prueba

OTRAS CAPTACIONES AGUAS LLUVIA Las aguas de lluvia son potables, las que provienen de la nieve derretida son de calidad inferior pues ya se suelen contaminarse al estar depositada sobre el suelos. Las aguas de lluvia no sufren por lo general alteracin apreciable a travs de su paso por la atmsfera, de la cual recogen cantidades nfimas de anhdrido carbnico, oxgeno, nitrgeno y polvo en suspensin coloidal, con su posible contenido bacteriano. Para su recoleccin se requieren superficies muy extensas para poder recolectar cantidades suficientes, usndose comnmente el techo de las casas. Se recurre a esta fuente cuando faltan otros recursos y tambin en establecimientos rurales y pequeas instalaciones. Las aguas superficiales y subterrneas tienen su origen en las aguas metericas, mediante escurrimiento e infiltracin. Las aguas metericas que se precipitan sobre el suelo sufren un fraccionamiento triple. Una porcin vuelve a la atmsfera por evaporacin, otra se escurre por la superficie del suelo y el resto se infiltra formado depsitos subterrneos. Las proporciones de ese fraccionamiento varan de manera considerable con la temperatura, viento y humedad del aire. Intervienen en forma determinante las condiciones topogrficas y la constitucin geolgica del suelo. Por ejemplo las lluvias cortas de verano que encuentran un terreno compacto y caldeado, pueden sufrir ms de un 90 % de evaporacin. En cambio, sobre un suelo rocoso o desprovisto de vegetacin y con fuertes pendientes, el escurrimiento puede llegar hasta un 95 %. La infiltracin tambin puede presentarse en casos muy importantes si tenemos un suelo constituido por arenas finas, se infiltra con gran celeridad absorbiendo casi totalmente las aguas metericas. No existen coeficientes generales que representen las proporciones del fraccionamiento y se deber valorizar para cada regin, ya que nos brinda informacin para evaluar y calcular las capacidades de embalses y descargadores o aliviadores de crecientes. La cantidad que se restituye a la atmsfera por evaporacin es distinta, segn provenga de una superficie lquida, del suelo libre o de un terreno cubierto de vegetacin. La evaporacin de una superficie lquida se puede determinar fcilmente por medio de los evapormetros. Como resultado general y basado en gran cantidad de mediciones, se ha establecido que la franja del globo terrestre comprendida entre los paralelos 50 tanto norte como sur, evapora en sus superficies lquidas, anualmente, mayor cantidad que la proporcionada por la precipitacin pluvial, mientras que en el resto la situacin en inversa. La evaporacin por la superficie del suelo es de ms difcil determinacin, ya que a los factores mencionados, debe sumrsele la variable de la vegetacin que lo cubre total o parcialmente, la naturaleza intrnseca del suelo y la capilaridad del mismo. Para determinar su valor se usan los lismetros, constituidos por cajones de suelos con fondo de libre salida. Las observaciones realizadas indican que la evaporacin del suelo oscila entre el 0,4 a 0,6 con respecto a una superficie lquida. La transpiracin de las plantas, suma sus efectos elevando el valor de la evaporacin. En todo terreno cubierto con vegetacin, natural o cultivada, la evaporacin del suelo unida a la transpiracin de las plantas, da valores mayores que los correspondientes a las superficies lquidas libres. A modo de indicador se estableci mediante mediciones que en las tierras de barbecho, la evaporacin es de 1,44, con bosques 1,51; con cereales 1,73 y con csped 1,92. La fraccin de escurrimiento es la que contempla la cantidad de agua precipitadas que se escurre en forma casi inmediata a su llegada al suelo. Los suelos impermeables o poco permeables producen un escurrimiento similar a los suelos que permiten infiltracin, pero que se encuentren saturados por precipitaciones anteriores. Es claro notar entonces que la fraccin de escurrimiento es muy dependiente de las caractersticas intrnsecas del suelo, tales como granulometra, compactacin, fisuracin, capacidad de retencin de agua intersticial, etc., como tambin de su estado hidrogeolgico en el momento en que se produce la precipitacin de agua. Por ejemplo si tenemos precipitaciones muy cercanas en el tiempo, o continuas prolongadas durante varias horas, o muy intensas en poco tiempo, no permiten que el suelo, infiltre la cantidad de aguas precipitada por unidad de tiempo, y por consiguiente, el resto escurre por la superficie del suelo. No siempre es posible medir directamente el agua que escurre pues buena parte de la que se infiltra, puede aflorar y tornarse nuevamente superficial, por tal razn las observaciones se orientan al aforo total, que se derrama a la salida de la cuenca. Recordando que la fraccin de escurrimiento es funcin de la naturaleza del suelo, de su pendiente, de la temperatura y otros factores locales, No es posible fijar valores absolutos ni siquiera para una misma cuenca, pues vara de aos lluviosos a aos secos, como valores indicativos anuales, se pueden tomar los que fueron determinados por Lautenberg y que se indican en la tabla 5-1, como porcentaje de la lluvia anual. Tabla 5-1 Porcentajes de escurrimiento por tipo de suelo SUELO PORCENTAJE Cenagoso2 %

Llanura cultivable25 %

Ondulaciones suaves cultivables30 %

Colinas Bajas35 %

Sierras40 %

Alta montaa70 %

Estos valores nos permiten estimar los valores de escurrimiento de forma aproximada, debiendo controlarse con mediciones locales propias de la regin. El resto de las aguas de precipitaciones que no son evaporadas ni escurridas, se infiltra en el suelo. Es muy difcil realizar una investigacin directa de esta fraccin o porcentaje de infiltracin. La cantidad de agua infiltrada vara con las circunstancias locales y depende fundamentalmente de la constitucin del suelo, como hemos visto anteriormente. En la constitucin del suelo se distinguen la capacidad de imbibicin como la cantidad mxima de agua que necesita para su saturacin, la capacidad de retencin que es la cantidad que guarda bajo libre afluencia y el grado de permeabilidad que representa la cantidad de agua que deja atravesar en la unidad de tiempo. Estos caracteres no son correlativos, la arcilla, por ejemplo, tiene fuerte poder de imbibicin, pero su permeabilidad es casi nula, pues el agua al penetrarla la emulsiona, cerrando sus poros con partculas coloidales. Las aguas que penetran en los terrenos permeables, descienden bajo la accin de la gravedad con velocidades reguladas por su grado de permeabilidad. A medida que se internan encuentran capas ms comprimidas lo que explica muchas veces los tiempos que tardan en llegar a grandes profundidades.

DESALINIZACIN Como su propio nombre indica, la desalacin consiste en separar la sal del agua, obteniendo as un agua de la calidad necesaria para el uso que se vaya a dar. Este uso ser normalmente para consumo humano (agua potable) o para utilizacin en otras actividades de tipo industrial, agrcola, etc.La desalacin se puede realizar mediante diferentes tcnicas como la destilacin, la congelacin, la evaporacin instantnea o la formacin de hidratos, pero, en la actualidad el mtodo de smosis inversa es el ms utilizado y extendido.

La desalacin por smosis inversa, ya sea de agua de mar(I.D.A.M.) o subterrnea o salobre (I.D.A.S.), consiste en bombear agua a alta presin y hacerla pasar por unas membranas casi impermeables que separan el agua y la sal, obtenindose dos aguas producto: una para desechar con alta concentracin de sal (salmuera) y otra con baja concentracin de sal que tratada adecuadamente (remineralizacin en caso del agua potable), ser el agua destinada al uso final.Previo a la smosis inversa, se necesitarn distintos pre tratamientos del agua en funcin de la calidad del agua bruta (filtracin por arena, nano filtracin, micro filtracin, etc.) con el fin de evitar daar las delicadas membranas de smosis.

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