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OBRAS DE CAPTACIN

INTRODUCCINEl tema de las bocatomas es siempre actual. En el Per hay en operacin un gran nmero de obras de toma para aprovechamiento hidrulico. El diseo de estas estructuras es casi siempre difcil y debe recurrirse tanto a mtodos analticos como a la investigacin en modelos hidrulicos. La observacin y anlisis del comportamiento de las obras de toma en funcionamiento es muy importante. Los problemas que se presentan en una bocatoma son mucho ms difciles cuando se capta agua desde un ro que cuando se hace desde un cauce artificial (canal). Es al primer caso al que nos referiremos principalmente de ac en adelante.

El propsito fundamental del trabajo de bocatoma es el de recolectar agua desde uno o varios puntos y concentrar este caudal en un solo punto: la entrada a la tubera. Si el agua est sucia, tendr que dejrsele asentar, relativamente quieta por un periodo de tiempo.

El nmero de posibles formas de diseo de una bocatoma para una fuente es infinito, influenciado por factores tales como, material disponible, caudal de fuente, nivel de creciente, estabilidad del suelo, topografa de la zona, etc. Este captulo presentara varios diseos diferentes, todos los cuales se han usado con xito en el pasado y por medio de los cuales el diseador podr modificar y desarrollar una bocatoma adecuada para su propio sistema.

CONTENIDO

QU ES UNA 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.

El tema de las bocatomas es siempre actual. En el Per hay en operacin un gran nmero de obras de toma para aprovechamiento hidrulico. El diseo de estas estructuras es casi siempre difcil y debe recurrirse tanto a mtodos analticos como a la investigacin en modelos hidrulicos. La observacin y anlisis del comportamiento de las obras de toma en funcionamiento es muy importante. Los problemas que se presentan en una bocatoma son mucho ms difciles cuando se capta agua desde un ro que cuando se hace desde un cauce artificial (canal). Es al primer caso al que nos referiremos principalmente de ac en adelante.Es necesario tener presente que la bocatoma es una estructura muy importante para el xito de un proyecto. Si por una razn u otra se produce una falla importante en la obra de toma, esto significara la posibilidad del fracaso de todo el Proyecto de Aprovechamiento Hidrulico. En consecuencia, tanto el diseo como la construccin, la operacin y el mantenimiento de una obra de toma deben ofrecer el mximo de seguridad. El diseo de una obra de toma puede ser un problema muy difcil, en el que debe preverse la interaccin estructura-naturaleza. La obra de toma, cualquiera que sea su tipo, es un elemento extrao en contacto con el agua. Es decir, que la estructura va a producir inevitablemente alteraciones en el medio natural circundante y, a la vez, la naturaleza va a reaccionar contra la obra. Esta interaccin que se presenta al construir la obra, y en el futuro al operarla, debe ser prevista y contrarrestada oportuna y debidamente. La estabilidad y la vida de una bocatoma estn asociadas al concepto de Avenida de Diseo. Tradicionalmente se ha usado el concepto de Avenida de Diseo para designar el mximo caudal del ro que una bocatoma puede dejar pasar sin sufrir daos que la afecten estructuralmente. Ms adelante se ampliar esta definicin de acuerdo a la experiencia de las ltimas dcadas.

FinalidadLa 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:a)Obras de toma para abastecimiento pblico

b)Obras de toma para irrigacin

c)Obras de toma para centrales hidroelctricas

d)Obras de toma para industria y minera

e)Obras de toma para otros propsitos

f)Obras de toma para uso mltipleLa clasificacin anterior se refiere al uso predominante del agua. Si bien es cierto que hay bocatomas que tienen una finalidad especfica, tambin lo es que casi siempre las bocatomas tienen, aunque sea en pequea proporcin, algn otro uso. En el Per hay numerosas bocatomas para atender las finalidades antes sealadas. El abastecimiento de agua a la poblacin es la primera necesidad de agua que debe ser cubierta. El aprovechamiento de las aguas superficiales, en especial las de un ro, constituye una de las formas ms antiguas de uso del agua. En los tiempos antiguos las ciudades se ubicaban en las orillas de los ros para expansin urbana, el aumento de las demandas y otros factores determinaron la necesidad de construir proyectos de abastecimiento de agua para la poblacin. Estos proyectos empiezan por una bocatoma para captar el agua de un ro, o de otra fuente de agua, y conducirla luego al rea urbana.

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 cuenca

b)Slidos, tambin llamados sedimentos, provenientes de la erosin de la cuenca

c)Hielo, en los lugares que existe, y

d)Cuerposextraoscomorboles,plantas,basuray 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 hidrolgica

c)Gran transporte slido y de cuerpos extraos

d)Aparicin eventual del Fenmeno de El Nio (FEN).

A continuacin se ofrece algunos comentarios sobre los cuatro problemas mencionados. Para que una obra de derivacin sea estructuralmente estable es condicin indispensable que el tramo fluvial en el que se halla ubicada lo sea. De ac la necesidad frecuente de obras de encauzamiento asociadas a la obra de toma. Durante las grandes avenidas ocurre frecuentemente que los ros se desbordan, hay cambios de recorrido, aparicin de brazos y otras

Muestras de la inestabilidad fluvial propia de los ros jvenes. Ocurre algunas veces que al producirse uno de los fenmenos sealados la bocatoma se queda en seco, resulta burlada y, ciertamente, fuera de servicio aunque sin sufrir daos. En consecuencia, como parte del estudio de una bocatoma se suele hacer un cuidadoso estudio de hidrulica fluvial en el tramo comprometido.

Otro de los problemas serios que se presenta frecuentemente en el diseo de una bocatoma se origina en la presencia de eventos hidrolgicos extremos: a veces grandes avenidas y otras veces gran escasez de agua. Las grandes avenidas crean una serie de problemas hidrulicos y estructurales que deben ser debidamente evaluados. Algunas cuencas tienen fenmenos particulares que no pueden dejarse de lado. Un buen ejemplo de esto es la cuenca del ro Santa donde la ocurrencia de aluviones y las especiales caractersticas de geodinmica externa de la cuenca determinan que una estructura construida sobre el lecho fluvial sea muy vulnerable a eventos cuya frecuencia y magnitud no pueden calcularse. En estos casos el evento ms desfavorable para la bocatoma no es necesariamente la avenida calculada con un periodo de retorno grande.CLASIFICACIN DE LAS BOCATOMASEn las obras con fines de riego se tiene las obras de captacin de los tipos:

Captaciones superficiales

Captaciones subterrneas

A.- SUPERFICIALES1- BOCATOMAS DIRECTASSon posibles de disear en cursos de agua de fuerte pendiente, y cuando no se quiere tener una estructura costosa, tienen el inconveniente de que el lecho del rio puede variar y dejar la toma sin agua , igualmente en las pocas de estiaje al disminuir el tirante de agua en el rio puede disminuir considerablemente el ingreso de agua en la toma.2- BOCATOMAS CON BARRAJESSon las ms empleadas ya que aseguran una alimentacin mas regular, conservan un nivel constante en la captacin que permite dominar una mayor rea regable.

Estas tomas pueden presentar tres variantes:

La toma con barraje fijo,

La toma con barraje mvil

La toma con barraje mixto

BOCATOMAS CON BARRAJE FIJOLas bocatomas de barraje fijo son aquellas que tienen una presa solida, para levantar el tirante frente a las compuertas de captacin. Esta solucin es posible cuando el rgimen del rio es uniforme y la capacidad de captacin de la toma es menor que la descarga promedio del rio, por lo que no es necesario ninguna regulacin, ya que el exceso de agua pasara encima de la presa.

BOCATOMAS DE BARRAJE MOVIL

En este tipo de barraje se consigue la retencin del caudal y elevacin del tirante mediante el cierre del curso del rio por un sistema de compuertas sostenidas en un conjunto de pilares y adosadas en sus extremos a los muros de contencin. Es conveniente esta solucin cuando el caudal de la captacin es igual o mayor de la descarga promedio del rio o cuando la velocidad de flujo no es alta debido a la pequea pendiente del curso del rio. Como consecuencia el transporte de slidos En la poca de avenidas la toma trabaja con las compuertas abiertas o parcialmente cerradas, de ninguna manera el barraje mvil debe ser un obstculo para el paso del agua; ya que la obstruccin podra causar remansamientos desfavorables y en otros casos desbordamientos, por lo que la altura de los pilares y la abertura de compuertas debe calcularse para las mximas descargas. Dos es pequeo y no afecta mayormente al sistema de compuertas.

BOCATOMAS 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 fijoB.- SUBTERRANEAS

1.- GALERAS FILTRANTES DE AGUA

Son tneles excavados en la roca o acuferos, que pueden ser horizontales con la finalidad de extraer las aguas subterrneas.La galera filtrante o galera de captacin es una galera subterrnea construida para alcanzar un acufero cuya estructura permeable est diseada con la finalidad de captar las aguas subterrneas. A diferencia de los pozos, que se construyen con la misma finalidad, la galera filtrante es aproximadamente horizontal. La galera puede terminar en una cmara de captacin donde generalmente se instalan las bombas hidrulicas para extraer el agua acumulada. En otros casos la galera puede tener una finalidad mixta de captacin y conduccin prolongndose directamente o mediante obras auxiliares (acueductos, canalizaciones) hasta el lugar donde se va a aprovechar el agua, por ejemplo fuentes.

Las galeras filtrantes modernas frecuentemente son ms semejantes a un dren. Es decir, estn constituidas por un tubo perforado, enterrando y rodeado de un estrato filtrante. Se utilizan tambin al interior del cauce de un ro, paralelo a ste. El agua captada se conduce a una cmara desde la cual puede ser bombeada, o conducida por gravedad hasta el lugar de su aprovechamiento.

2.- POZOS DE EXPLOTACIN DE AGUAS SUBTERRNEASSon tneles excavados en la roca o acuferos, que pueden ser verticales con la finalidad de extraer las aguas subterrneas.

3.- PANTALLA DE INTERCEPCIN DE AGUAS SUBTERRNEAS

Son muros impermeables enterrados en el acufero, con la finalidad de retener el flujo subterrneo y hacer que las aguas subterrneas afloren en mayor cantidad.

CONCLUSIONES El tema de las bocatomas no es sencillo. Se requiere la consideracin de muchos aspectos entre los cuales estn los tericos, experimentales y prcticos. En esta exposicin se ha presentado no slo una visin general del diseo de bocatomas, sino que tambin se ha enfatizado su importancia en un proyecto de aprovechamiento hidrulico. Debe tenerse presente que en el planeamiento, diseo, construccin, operacin y mantenimiento de una bocatoma la ingeniera civil tiene un papel muy importante, pues se emplea a plenitud. PAGE 55