SISTEMAS DE ACUEDUCTOS (INFORME )

TIPOS DE CAPTACIONES

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE INGENIERIAS PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERIA CIVIL OCAA

TIPOS DE CAPTACIONES (Informe)

2011

ALAN STEIBYTH BAYONA GOMZ COD.170021

Profesor: Esp. Napolen Gutirrez de Pieres Ingeniero Civil

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE INGENIERIAS PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERIA CIVIL

OCAA 2011

1. TIPOS DE CAPTACINComo la captacin depende del tipo de fuente y de la calidad y cantidad de agua, el diseo de cada estructura tendr caractersticas tpicas. Cuando la fuente de agua es un manantial de ladera y concentrado, la captacin constar de tres partes: La primera, corresponde a la proteccin del afloramiento; la segunda, a una cmara hmeda para regular el gasto a utilizarse; y la tercera, a una cmara seca que sirve para proteger la vlvula de control. El compartimiento de proteccin de la fuente consta de una losa de concreto que cubre toda la extensin del rea adyacente al afloramiento de modo que no exista contacto con el ambiente exterior, quedando as sellado para evitar la contaminacin. Junto a la pared de la cmara existe una cantidad de material granular clasificado, que tiene por finalidad evitar el socavamiento del rea adyacente a la cmara y de aquietamiento de algn material en suspensin. La cmara hmeda tiene una canastilla de salida para conducir el agua requerida y un cono de rebose para eliminar el exceso de produccin de la fuente. Si se considera como fuente de agua un manantial de fondo y concentrado, la estructura de captacin podr reducirse a una cmara sin fondo que rodee el punto donde el agua brota. Constar de dos partes: La primera, la cmara hmeda que sirve para almacenar el agua y regular el gasto a utilizarse; la segunda, una cmara seca que sirve para proteger las vlvulas de control de salida y desage. La cmara hmeda estar provista de una canastilla de salida y tuberas de rebose y limpia.

Si existen manantiales cercanos unos a otros, se podr construir varias cmaras de las que partan tubos o galeras hacia una cmara de recoleccin de donde se inicie la lnea de conduccin. Adyacente a la cmara colectora se considera la construccin de la cmara seca cuya funcin es la de proteger la vlvula de salida de agua.

1.2 Captacin de un manantial de ladera y concentrado. Diseo hidrulico y dimensionamiento, Para el dimensionamiento de la captacin es necesario conocer el caudal mximo de la fuente, de modo que el dimetro de los orificios de entrada a la cmara hmeda sea suficiente para captar este caudal o gasto. Conocido el gasto, se puede disear el rea de orificio sobre la base de una velocidad de Entrada no muy alta y al coeficiente de contraccin de los orificios.

1.3 Captacin de manantial de fondo y concentradoa) Diseo hidrulico y dimensionamiento: - Clculo del ancho de la pantalla. El ancho de la pantalla se determina sobre la base de las caractersticas propias del Afloramiento, quedando definido con la condicin que pueda captar la totalidad del Agua que aflore del subsuelo.

- Clculo de la altura total (Ht) Para determinar la altura total de la cmara hmeda (Ht) se considera los elementos Identificados, los cuales se muestran en la figura 1.7. Ht = A + B + C + H Altura natural que alcanza el agua Donde: A = Altura del filtro (se recomienda de 10 cm) B = Dimetro de la tubera de salida H = Altura de agua sobre la canastilla E = Borde libre (se recomienda como mnimo 30 cm)

Para determinar la altura de la captacin, es necesario conocer la carga requerida para que el gasto de salida de la captacin pueda fluir por la

tubera de conduccin. La carga requerida es determinada mediante la siguiente ecuacin:

Donde: H = Carga requerida en m. V = Velocidad promedio en la salida de la tubera de la lnea de conduccin en m/s. Se debe considerar la velocidad mnima recomendada para una lnea de conduccin. g = Aceleracin de la gravedad igual 9,81 m/s2. Se recomienda una altura mnima de H = 5 cm, sobre la canastilla 1.4 BOCATOMA O CAPTACIN LATERAL Es muy utilizada cuado 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. 1.4.1 CAPTACION LATERAL CON RECEPCION DE FILTRO DINAMICO CAPTACION POR VERTEDEROS LATERALES. Un vertedero lateral consiste en una escotadura practicada sobre la cresta de un canal prismtico que est orientada en sentido paralelo a la corriente y por encima de la cual fluye el agua cuando se ubica de una manera tal que se permite un gradiente hidrulico en sentido normal a la cresta del vertedero. Experimentalmente se ha encontrado que la capacidad de descarga de un vertedero normal a la direccin de la corriente es mucho mayor que la capacidad de descarga de un vertedero lateral.

- TOMAS LATERALES. Estas estructuras hidrulicas son muy frecuentes en los distritos de riego. Se proyectan por lo general para derivar agua de canales principales. La lnea de derivacin puede hacerse con tubera que atraviese el fondo de la berma del canal. Cuando as ocurre se disea como un conducto a presin en donde se presentan prdidas locales y prdidas por friccin. En el diseo de una toma lateral pueden ocurrir dos casos generales: No existe restriccin en la seleccin del dimetro de tubera. Existe un dimetro comercial de tubera ya sea instalado, caso en el cual se trata de una revisin, ya sea que se haga necesaria su compra en el comercio local, caso en el cual se debe disear dentro de un rango de pendientes fijadas por las caractersticas topogrficas del terreno y obliga adems a ajustar las prdidas mediante el uso de vlvulas, compuertas, dispositivos adecuados para estas situaciones.

1.4.2 CAPTACION CON LECHO FILTRANTE. Se define como bocatoma de lecho filtrante la estructura de captacin de agua para acueductos de bajo caudal, que tiene la capacidad de prefiltrar el influente antes de conducirlo a la lnea de aduccin del sistema. Esto se logra mediante la utilizacin de un lecho granular, el cual filtra el agua y la conduce a un sistema de recoleccin por tuberas perforadas en el fondo del cauce. Estas tuberas perforadas se encuentran generalmente en disposicin de espina de pescado o en forma reticular y a junta perdida en ambos casos. Este tipo de bocatoma tiene la capacidad de aprovechar la corriente de la fuente para auto

lavarse superficialmente y de esta manera aumentar la carrera o tiempo de colmatacion del filtro. Adems, con el arrastre de material del tamao apropiado para filtracin (arena), la propia fuente se encarga de renovar el lecho filtrante, recargndolo constantemente. Otra forma de captaciones con lecho filtrante es la de filtro en canal o filtro dinmico. En el Departamento del Valle se ha utilizado un tipo similar de tomas con filtro en el canal, es as como los acueductos del barrio la sirena en la ciudad de Cali y el acueducto de la parcelacin Chorro de Plata comunidades. - CAPTACION SUMERGIDA TIPO DIQUE-TOMA. Cuando las corrientes de agua de escasos caudal y las secciones transversales del ro en el sitio donde se proyecta la bocatoma son de poco ancho (0 a 10 m), es conveniente proyectar un dique con el objeto de garantizar el caudal que se debe captar, En el diseo de un dique toma se tienen en cuenta los siguientes aspectos: En el rea de captacin dada, en la zona de rejilla, no se debe permitir el paso de material grueso; esto se logra dimensionando adecuadamente los espacios entre las barras de la rejilla de captacin. El dique se debe proyectar en forma tal que la rata de sedimentacin en la zona del embalse no sea excesivamente alta, lo cual se logra obligando a que el agua fluya con moderada velocidad a travs de la obra de captacin. Las riberas del ro o quebrada, en la zona donde se proyecta el dique, deben tener una buena estabilidad geolgica y preferiblemente el suelo debe ser roca a fin de aminorar costos en los anclajes. utilizan este tipo de captacin para abastecer a sus

2. FUNCIONES DE LAS TOMAS

Las tomas o captaciones son utilizadas para permitir la extraccin del agua embalsada con el fin de satisfacer diferentes propsitos: Generacin de energa: Para conducir el agua del embalse a una central hidroelctrica. Abastecimiento urbano: La toma capta agua del embalse para su conduccin a una ciudad o poblado. Conductos a presin. Riego: Para abastecer un sistema de riego. Control de inundaciones: Se utilizan para la descargas de volmenes de agua almacenados durante una creciente en presas para el control de inundaciones.

2.1 CONDUCTOS A TRAVS DE PRESAS DE TIERRASe utiliza este tipo de captaciones cuando se tiene alguna de las siguientes situaciones: Condicin geolgica de los estribos no apropiada para hacer un tnel.

El dimetro necesario hidrulicamente es ms pequeo que el mnimo requerido constructivamente para hacer un tnel. El conducto enterrado resulta ms econmico que el tnel. El tiempo disponible para la construccin de la obra es limitado.

Las causas de falla ms frecuentes en este tipo de estructuras son: Agrietamiento o colapso de la estructura causado por las cargas exteriores o asentamientos excesivos. Agrietamiento o fractura de la estructura por efectos de la presin interior. Tubificacin entre el terrapln y el exterior del ducto. Se puede dar por una compactacin deficiente o por la formacin de grietas causadas por asentamientos diferenciales.

Una de las ventajas que presentan los tneles es que si falla la estructura no necesariamente falla la presa, mientras que en este tipo de estructuras en presas de tierra se dan las dos fallas simultneamente.

2.3 CONDUCTOS A TRAVS DE PRESAS DE CONCRETO Son mucho ms simples y fciles de construir que los dos anteriores. Usualmente se emplean tuberas de acero con anillos o anclajes para garantizar su unin al concreto. La tubera de acero evita que se transmitan las presiones del agua al concreto, especialmente cuando la vlvula de regulacin est ubicada en el extremo de aguas abajo. Se debe tener especial cuidado de limpiar bien la superficie de la tubera para as garantizar la unin acero concreto.

2.4 CANALES A TRAVS DE LAS PRESAS Se utilizan en presas de pequea altura, principalmente en obras de derivacin. La obra de captacin consiste en dejar un canal a travs del cuerpo de la presa y regular el caudal mediante compuertas radiales o planas. Este sistema presenta la ventaja de que la estructura de toma puede construirse antes de la presa y utilizarse para desviar el ro a travs de ella durante su construccin. Adems, en una misma estructura pueden combinarse las obras de toma y aliviadero, lo que disminuye los costos notoriamente.

2.5 BOMBEO SOBRE PRESAS

Este tipo de estructuras se utiliza en casos en los que se desea enviar el agua a una cota superior a la del embalse. En abastecimiento de poblaciones puede ser necesario bombear aunque la presa est ubicada en una cota inferior a la del embalse. Esto con el fin de compensar prdidas y proporcionar una presin residual suficiente.

En tomas para abastecimiento urbano se requiere de un diseo especial de las estructuras. Se debe asegurar que la poblacin pueda consumir el agua sin problemas para la salud, lo cual se logra mediante su tratamiento en plantas de depuracin. La calidad del agua tomada en el embalse influye notoriamente en los costos de tratamiento. Son mltiples los factores por los cuales se puede ver afectada el agua en un embalse: desarrollo de organismos en el embalse, penetracin de la luz en el agua, elementos qumicos presentes en el agua, forma del embalse, fluctuaciones del nivel del agua embalsada, entre otros. Estos factores son dinmicos, es decir, cambian con el tiempo y existen profundidades en un embalse, a las cuales es posible captar el agua de mejor calidad durante cierto periodo de tiempo. Para esto se emplean las tomas selectivas, que son tomas con dispositivos de entrada a varios niveles que permiten la captacin a la profundidad ms adecuada. Existen varios dispositivos que permiten captar el agua a distintas profundidades segn sea necesario:

2.6 TORRES DE CAPTACIN

Son estructuras esbeltas de concreto armado, con compuertas ubicadas a distintas profundidades. La seccin generalmente es circular, ya que presenta mejor comportamiento estructural ante sismos y presiones hidrostticas. Sus compuertas son ubicadas en espiral alrededor de la misma. Las compuertas o vlvulas son operadas mediante vstagos cuyos mecanismos se controlan desde una plataforma superior.

2.7 TOMAS INCLINADAS

Se utilizan cuando las presas estn ubicadas en zonas montaosas de fuertes pendientes, o en caones escarpados de roca slida, estables y de buena calidad. La ventaja de este tipo de estructuras es que se encuentran prcticamente libres de los efectos de sismos por carcter de esbeltez. 2.8 TOMA OBHIDRA

Este sistema novedoso fue creado en Venezuela y consiste en una estructura flexible, formada por una especie de manguera, unida en su extremo inferior al tnel o conducto de toma y en el extremo aguas arriba a un cable o cadena que permite subir o bajar la boca de la manguera desde una balsa flotante en la superficie del embalse.

3. EJEMPLOS GENERALESLZARO CRDENAS, MXICO Presa flexible para control de inundaciones Captacin constituida por 3 tneles de dimetro de 6 m, los cuales fueron usados en la desviacin del ro durante la construccin de la presa Qdiseo = 200 m3/s Concreto utilizado = 24.000 m3 Estructura de rejillas Compuerta Broome operada desde la caseta de operacin Galera de vlvulas para operar vlvula mariposa LA SOLEDAD, MXICO

Presa en arco para generacin de energa elctrica Captacin constituida por un tnel Estructura de rejillas Compuerta rodante CUAPATITZIO, MXICO

Presa de enrocado para generacin de energa elctrica Qdiseo = 30 m3/s Umbral a 11 m debajo de la corona Torre de compuertas Compuerta radial Canal abierto PORCE II

Presa en CCR Torre de captacin pegada al cuerpo de la presa Seccin poligonal HOOVER DAM

Presa en arco 4 torres de captacin de 120 m de altura y 9 m de dimetro

EJEMPLO DETALLADOTORRE DE CAPTACIN DE GUATAP (1era Etapa)

Datos y Especificaciones: Ubicada en la hoya de la quebrada San Pedro. Esta ubicacin fue escogida por su proximidad a la cuenca del Ro Guatap, por su buen embalsamiento y porque al quedar alejada de la entrada del embalse, le llega el agua con menos sedimentos. Torre de concreto de 58 m de altura y 10 m de dimetro de seccin circular. Su nivel mnimo de operacin es la cota 1.855,00 La estructura est fundada sobre 8 pilotes de 2,50 m excavados hasta llegar a roca sana (profundidades entre 20 y 27 m). Despus tiene una losa circular y unos contrafuertes. El agua es captada por 8 aberturas sumergidas rectangulares de 3 x 4 m, provistas de rejas coladeras que pueden ser cambiadas por compuertas auxiliares. Cuenta con un puente gra con movimiento circular para el accionamiento de las compuertas auxiliares y las rejas coladeras. Compuerta cilndrica para inspeccin y reparacin del tnel. Su vstago se acciona por un servomotor ubicado en la parte superior de la torre. El agua pasa de la torre a un pozo vertical de 3,50 m de dimetro y 96 m de profundidad. De all va a un tnel de presin de 3,60 m de dimetro y 4900 m de longitud. En uno de sus extremos tiene una vlvula mariposa de 3,10 m de dimetro.

Construccin: El terreno original se adecu en un radio mucho mayor al ocupado por la torre. Se aprovech para adecuar de una vez el terreno para la torre de captacin de la 2da etapa. Se protegieron los taludes y laderas de los alrededores para evitar deslizamientos posteriores. Los taludes y laderas sumergidas se les dio

proteccin con enrocado, mientras que los que quedan al aire libre se engramaron. Despus de tener listos los pilotes y la losa circular, se construyeron los contrafuertes de concreto. stos fueron despus impermeabilizados. Luego se construyeron las tomas laterales. A partir de este punto se utilizaron formaletas deslizantes para la construccin del cuerpo de la torre, el cual es de seccin circular constante.

BIBLIOGRAFA Lomax W. R., Saul A.J. Laboratory Work in Hydraulics. Bolton Institute of HIDRAULICA GENERAL, GILBERTO SOTELO AVILA

Technology. Great Britain 1979.