Obras de captacin dique tomas

Dique toma Es una estructura complementaria que su funcin principal es represar las aguas de un rio. Muros Laterales: Encauzan el agua hacia la rejilla y protegen los taludes. El ancho de estos muros dependen de la estabilidad estructural. Vertedero: Un vertedero es una simple abertura sobre la cual fluye un lquido. Los vertederos ms utilizados por su facilidad de construccin y calibracin son los rectangulares y triangulares. Vertederos rectangulares: Los vertederos rectangulares en general se utilizan para caudales entre 200 y 1600 lps. Rejilla: Esta colocada sobre el canal de aduccin que se encuentra dentro de la presa, la longitud de la rejilla y por lo tanto la del canal de aduccin pueden ser menor que la de la longitud de la presa o el ancho de la garganta, segn la necesidad del caudal que se ha de captar. Canal de aduccin: Recibe el agua a travs de la rejilla y entrega el agua captada comnmente al sedimentador. Tanque de captacin o cmara de recoleccin: Generalmente es cuadrada o rectangular, con muros de concreto reforzado cuyo espesor puede ser de 30 centmetros y su altura igual a la de los muros laterales.

La obra de toma es la estructura hidrulica de mayor importancia de un sistema de aduccin, que alimentar un sistema de generacin de energa hidroelctrica, riego, agua potable, etc. A partir de la obra de toma, se tomarn decisiones respecto a la disposicin de los dems componentes de la Obra.Los diferentes tipos de obras de toma han sido desarrollados sobre la base de estudios en modelos hidrulicos, principalmente en aquellos aplicados a cursos de agua con gran transporte de sedimentos.En el caso de sistemas en cuencas de montaa, debido a las condiciones topogrficas, las posibilidades de desarrollo de embalses son limitadas. Por tal motivo, es usual la derivacin directa de los volmenes de agua requeridos y conducirlos a travs de canales, galeras y/o tuberas, para atender la demanda que se presenta en el sistema de recepcin (agua potable, riego, energa, etc.).Cada intervencin sobre el recurso hdrico, origina alteraciones en el rgimen de caudales, aguas abajo de la estructura de captacin, por lo que su aplicacin deber considerar al mismo tiempo la satisfaccin de la demanda definida por el proyecto y los impactos sobre sectores ubicados en niveles inferiores.2.Tipos de obras de toma:2.1Obras de toma superficiales:La obra de toma superficial es el conjunto de estructuras que tiene por objeto desviar las aguas que escurren sobre la solera hacia el sistema de conduccin.Considerando al ro como parte del sistema ecolgico, la obra de toma se constituir en un obstculo para el libre escurrimiento del agua o en una intervencin sobre un medio natural, que dar lugar a modificaciones del estado de equilibrio.Para la toma, el curso natural es un medio que satisfacer las necesidades de agua del sistema receptor. El primer concepto se limita nicamente a la naturaleza y sus leyes, el segundo presenta al hombre y sus objetivos.Esto significa, que la utilizacin del agua a travs de la obra toma tendr consecuencias sobre el curso natural en cuanto a su morfologa, rgimen de escurrimiento y sobre el rea de influencia en cuanto al equilibrio de sus suelos, nivel de aguas subterrneas, etc.Por lo tanto, es necesario tener conocimiento previo de las caractersticas y condiciones que ofrece el ro o quebrada que se piensa aprovechar.El diseo de la obra de toma deber ser realizado en asociacin a las condiciones naturales existentes, a los procesos que estn en desarrollo y a los impactos posteriores que se generarn a consecuencia de la intervencin.Entre los diferentes tipos de obras de toma superficiales, encontramos las obras de toma de derivacin directa, que son las que nos interesan en este caso, ya que son las mas recomendadas para obras hidrulicas en cuencas de montaa.

Figura2.1 Esquema de una obra de toma superficialObras de toma de derivacin directa:Estas formas de toma son de las ms antiguas y cuyo concepto an se mantienen en vigencia como alternativa primaria para el riego de parcelas aledaas al ro o quebrada. El diseo ms rudimentario consiste en una simple apertura en el curso natural, orientando el flujo hacia sistema de conduccin (normalmente un canal).Para proteger la toma de caudales en exceso y materiales de arrastre durante crecidas, la toma se orienta aproximadamente de manera perpendicular a la direccin de flujo.Las tomas tradicionales que se utilizan para el riego de pequeas parcelas, incorporan adems bloques de piedra, alineados diagonalmente cubriendo en muchos casos toda la seccin. En estos casos, la toma es ubicada frecuentemente utilizando los accidentes naturales del terreno de manera que pueda servir de ayuda frente a las crecidas. Por ejemplo, este podra ser ubicado detrs o debajo de un sector rocoso (pea).En muchos casos las "obras complementarias" tienen carcter temporal, por cuanto su duracin se limita a la poca de estiaje; en la poca de lluvias aquellas sern deterioradas o destruidas.Cuando no es posible orientar la toma de manera aproximadamente perpendicular al flujo o cuando se requiere proteger la pequea toma, se construye un muro transversal sobre un sector de la seccin del ro inmediatamente aguas arriba de la toma.Las tcnicas para lograr la derivacin no se diferencian de gran manera en los casos de tomas para aduccin de agua potable, para riego o energa hidrulica.Disposicin de las obras:En general la obra de toma est constituida por un rgano de cierre, estructuras de control, estructuras de limpieza, seguridad y la boca toma.Cada uno de los elementos indicados cumple una funcin o misin especfica, a saber:- El rgano de cierre tiene por objeto elevar las aguas de manera de permitir el desvo de los volmenes de agua requeridos.- Las estructuras de control permitirn la regulacin del ingreso de las aguas a la obra de conduccin.- Las estructuras de limpieza sern elementos estructurales que puedan evacuar los sedimentos que se acumulan inmediatamente aguas arriba del rgano de cierre.- Las estructuras de seguridad evacuarn las aguas que superen los volmenes requeridos por el sistema receptor.- La boca toma ser el elemento que permita el ingreso de agua de captacin hacia la estructura de conduccin.El funcionamiento de estos elementos, ya sea de manera combinada o individual, deber lograr el objetivo principal de su aplicacin y al mismo tiempo no deber originar fenmenos negativos a la propia seguridad de las obras civiles ni al medio fsico que se encuentra bajo su influencia directa o indirecta.En general el diseo de la obra de toma debe considerar los siguientes aspectos:- No debe generar perturbaciones excesivas.- No debe generar choques excesivos sobre las paredes de las estructuras.- No debe generar cambios bruscos en la direccin general de escurrimiento.- Debe devolver las aguas en exceso al ro sin originar solicitaciones que excedan las que puede resistir el medio fsico.- Debe permitir una transicin gradual del flujo desde el curso natural hacia la bocatoma.Naturalmente no es posible en muchos casos cumplir todas las condiciones al mismo tiempo, por lo cual se sacrificarn algunas bajo compromiso, es decir tomando medidas complementarias que logren mitigar las eventuales consecuencias negativas.Consideraciones hidrulicas:Consideremos un sector de un curso de agua, en el cual se quiere aplicar una obra de toma. Tenemos entonces que:- Derivacin del caudal de toma (Qa = Qo - Qu)- Modificacin de la direccin de flujo (0o 7:1) y/o curvas muy cortas (< 30), el efecto de curva no se desarrolla plenamente, siendo necesario considerar obras complementarias para generar un mejor desarrollo del efecto de curva.

Figura2.7 Obras de toma en una curva suave (Meller) y en un angostamientoLa incorporacin de un espign declinante en la ribera interior, puede forzar el efecto de curva y por lo tanto generar la desviacin del sedimento hacia el sector interior de la curva.En tramos relativamente rectilneos se presentan normalmente dificultades de ubicacin de la toma, principalmente en aquellos con pendiente pronunciada; en estos casos se podra buscar un tramo ms angosto. En un estrechamiento se generan corrientes secundarias, que se intensifican en la solera cerca a la toma, lo cual tiene como consecuencia el movimiento del sedimento hacia la ribera contraria. Este efecto es an ms intensivo mientras mayor magnitud alcance la relacin. De manera aproximada, estrechamientos conB/L1/10 (16) prcticamente no originan corrientes secundarias, funcionando de la misma manera que un curso rectilneo.En los casos en los que no sea posible aplicar la anterior solucin, se podra considerar medidas de correccin en el curso de agua que generen situaciones similares al escurrimiento en curvas.Esta medida artificial (crear una curva en un tramo recto) trae consigo nuevas solicitaciones sobre el permetro mojado, expresadas en erosiones locales que podran profundizar el lecho. Por consecuencia ser necesario tomar medidas complementarias de proteccin en zonas ubicadas aguas abajo y aguas arriba de la obra de toma.Otra posibilidad de utilizar un tramo recto, es dado por Habermaas (16). Este investigador recomienda considerar alternativamente la construccin de un canal lateral que cumpla las condiciones favorables que ofrece un tramo en curva.

Figura2.8 Obras de toma segn Meller y HabermaasTendr que estudiarse en cada caso, las posibilidades fsicas de aplicacin de esta solucin, resolviendo al mismo tiempo las consecuencias sobre el escurrimiento en el tramo considerado, principalmente en lo que al transporte de sedimentos se refiere.Para la eleccin del tipo de obra de toma, considerando el movimiento de los sedimentos es necesario considerar los dos siguientes conceptos:-Desviacin de los sedimentos:Para este caso los estudios de investigacin indican que el sedimento, a travs de la aplicacin de obras apropiadas (traviesas, muros gua, esclusas de fuga, canales de fuga), puede ser alejado de la toma con xito, dependiendo del diseo de estas obras.-Conduccin del sedimento:Con este mtodo, se logra conducir las dos fases de flujo (flujo lquido y flujo slido) a la toma y luego separar la fase slida para su posterior evacuacin. Para tal propsito podr utilizarse sistemas de toma con doble solera y muros de separacin horizontales.Adems de lo indicado, debe considerarse la incorporacin de obras hidrulicas (desgravadores y desarenadores) que permiten atrapar el sedimento para luego evacuarlos del sistema de aduccin. Esta posibilidad no se enmarca dentro de los principios de captacin de agua sin material de arrastre, sino que se mantiene como obra complementaria, dependiendo de la calidad del agua.Grischin plantea una pared curvada a manera de espign, cuya misin es conducir las aguas hacia la toma y al mismo tiempo generar corrientes secundarias.

Criterios de diseo de un dique toma

PARTES QUE COMPONES EL DIQUE-TOMA 10.El primer paso para el diseo del un dique-toma es verificar que el caudal mnimo de la fuente de abastecimiento a ser aprovechado sea superior al gasto mximo diario para el periodo de diseo considerado: Q MINIMO AFORADO Q MAXIMO DIARIO FUTURO Q CAPTACION = Q MAXIMO DIARIO FUTURO A fin de contemplar otros aspectos del diseo es conveniente disponer de informacin sobre los caudales medio y mximo de la fuente de abastecimiento, la informacin que se necesita de la fuente de abastecimiento para el diseo del dique toma es: El caudal de la fuente (mnimo, medio y mximo en l/s), la seccin transversal en el lugar de captacin, la velocidad de la crecida y la capacidad de arrastre de sedimentacin. 11. 3.1 PASOS PARA EL DISEO DE UN DIQUE-TOMA1. Seleccionar las longitudes tentativas de los vertederos de rebose y de crecida, en base a la seccin transversal del cauce. 2. Determinar la altura a dar al vertedero central o de rebose en base al caudal de aforo medio. 3. Determinar para el gasto mximo la altura necesaria para el vertedero de crecida. 12.4. Dimensionar y disear el vertedero de crecida es ms utilizado es el vertedero de forma trapezoidal. Vertedero Trapezoidal: El vertedero trapezoidal Tambin llamado Cipolleti, tiene forma de un trapecio de paredes laterales con pendiente 1:4 (horizontal : vertical). Con esta forma se elimina las contracciones laterales que sufre la corriente de agua en los vertederos rectangulares. Por ello, el caudal es proporcional a la longitud de la cresta del vertedero (L). El caudal se calcula mediante la siguiente frmula: Q = 1.86 x L x H 3/2 Donde: Q : Caudal o gasto en metro cbicos por segundo. L : Ancho de la base del vertedero en metros. H : Carga o altura de agua en metros. 13.DETERMINACION DE CAUDAL CON AFORO TRAPEZOIDAL 14.5. Dimensionar las Rejas: El rea efectiva de paso a travs de las rejas ser dos veces el rea necesaria para el ingreso del caudal de diseo. El rea total de la reja se calcular considerando el rea de las barras metlicas y el rea efectiva del flujo de agua. Siendo: Donde: A t = rea total de la rejas (m 2 ) A s = rea total de las barras metlicas (m 2 ) A f = rea necesaria de flujo (m 2 ) n = Nmero de barras s = Ancho de cada barra (m) l = longitud de cada barra (m) c = Coeficiente de mayoracin por efectos de colmatacin: c=1.5-2. k = Coeficiente de contraccin de la vena de agua k= 0,82 (barras rectangulares). k= 0,9 (barras circulares) k= 0,98 (barras con curvas parablicas) Q = Caudal de diseo (m 3 /s) V a = Velocidad de aproximacin V a = 0,6 a 1,0 para flujo laminar V a = Variable para flujo turbulento, deber determinarse en el ro. 15.6. Canal de derivacin: El canal de derivacin se construir para conducir el agua desde la bocatoma hasta una cmara colectora, desarenador o planta de tratamiento. Los canales debern ser construidos cuidando que la velocidad no ocasione erosin ni sedimentacin de material. En los canales revestidos la velocidad deber ser menor a 0,6 m/s para evitar la sedimentacin de slidos suspendidos. Para el clculo hidrulico de canales se emplear la ecuacin de continuidad: Donde: Q= Caudal a travs del canal (m 3 /s) A= Superficie de la seccin del agua (m 2 ) V= Velocidad de escurrimiento del agua (m/s ) La superficie se calcular mediante frmulas geomtricas de acuerdo a la forma del canal, y la velocidad por medio de cualquiera de las siguientes frmulas: 16.a) Frmula de Manning: b) Formula de Bazin : Donde: V = Velocidad de agua (m/s ) R = Radio hidrulico (m) A = Superficie de la seccin del agua de escurrimiento (m 2 ) P H = Permetro mojado del agua (m) S = Pendiente del canal en un tramo (m/m) N = Coeficiente de Manning = Coeficiente de bazin 17.7. Dimensionamiento del Dique: El dimensionamiento de la seccin transversal del dique debe asegurar la proteccin contra los efectos de volcamiento y deslizamiento causado por el empuje hidrulico, empuje de sedimentos e impactos sobre el dique. Las fuerzas de impacto pueden calcularse por la ecuacin de cantidad de movimiento Cm = M x V, estimando la velocidad del rio, y el tamao, peso y velocidad de los objetos arrastrados. 18.La verificacin de la posicin de la resultante se calculara mediante la siguiente frmula: La lnea de accin debe pasar por el tercio central en la base del dique, por lo contrario se debe cumplir la condicin: c/3 < e < 2c/3 19.Verificacin al volcamiento: Se usara un factor de seguridad al volcamiento >2: Se utilizara un factor de seguridad al deslizamiento 1.5 y un coeficiente de friccin del concreto y roca = 0.70 : Si Fd > 1.5 no se necesitan dentelln, si Fd