DEFINICIONUn vertedero es un dique o pared que intercepta una corriente de un lquido con superficie libre, causando una elevacin del nivel del fluido aguas arriba de la misma. Los vertederos se emplean bien para controlar ese nivel, es decir, mantener un nivel aguas arriba que no exceda un valor lmite, o bien para medir el caudal circulante por un canal. Como vertedero de medida, el caudal depende de la altura de la superficie libre del canal aguas arriba, adems de depender de la geometra; por ello, un vertedero resulta un medidor sencillo pero efectivo de caudal en canales abiertos.

CLASIFICACIN a) Segn la altura de la lamina de fluido aguas abajo, en vertederos de lmina libre si z< z y vertederos sumergidos si z > z.

CLASIFICACIN b) Segn la disposicin en planta del vertedero con relacin a la corriente, en: Vertederos normales, vertederos inclinados, vertederos quebrados y vertederos curvilneos.

CLASIFICACIN c) segn el espesor de la cresta o pared, en vertederos de cresta afilada y vertederos de cresta ancha.

Los vertederos de cresta afilada sirven para medir caudales con gran precisin, mientras que los vertederos de cresta ancha desaguan un caudal mayor. Los de cresta afilada se emplean para medir caudales y los de cresta ancha, como parte de una presa o de otra estructura hidrulica, para el control del nivel.

VERTEDEROS DE CRESTA DELGADA Dichos vertederos tambin se clasifican segn la forma de la abertura en: Rectangulares, trapezoidales, triangulares y parablicos.

VERTEDEROS DE CRESTA DELGADA A su vez, los vertederos rectangulares se clasifican en: Vertederos sin contraccin lateral, si el ancho del vertedero es igual al ancho del canal. Vertederos con contraccin lateral en caso contrario.

3 / 2 Q 1.84 * ( L 0.1n * H ) H 3 / 2 Q 1.84 * L * H

VERTEDERO TRIANGULAR Este tipo de vertedero se emplea con frecuencia para medir caudales pequeos (inferiores aprox. a 6 l/s). En la Figura 7 se muestra un esquema de la geometra de este tipo de vertedero. El ngulo puede tomar cualquier valor, aunque es muy frecuente el vertedero con 90 = .

Q 1.4 * H 5 / 2

DEFINICIONLa bocatoma , azud, toma o presa derivadora es la estructura que se construye sobre el lecho del ro con la finalidad de atajar cierto caudal de agua, para verter dicho caudal en el canal de derivacin .

La bocatoma , es la estructura que se construye sobre el lecho del ro con la finalidad de derivar cierto caudal de agua, para llevar dicho caudal por el canal de derivacin .

CLASIFICACION DE LAS BOCATOMAS Las podemos clasificar en: A) BOCATOMAS DIRECTAS: son 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.

B) BOCATOMAS CON BARRAJES: son 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 y la toma con barraje mixto.

BARRAJES DEFINICION

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

El barraje puede presentar los casos extremos

siguientes:

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

ELEMENTOS PRINCIPALES DEL BARRAJELos elementos son: La presa propiamente dicha La poza de tranquilizacin o colchn de disipacin El enrocamiento

DISEO DEL BARRAJE Para el diseo del barraje se considera esta estructura como si fuera un vertedero de pared gruesa. El gasto sobre el barraje esta dado por :

3/ 2 Q g * L *Y cdonde:

3/ 2 Q 2* L* H

L= Longitud del barraje en metros Yc= Tirante critico en metros

El perfil de la cresta del vertedero se ajusta al perfil que tendra la vena liquida al caer libremente. Utilizando la formula :

donde: Hd

x y 2* H1.85

0.85 d

x e y : coordenadas referidas: carga de diseo

a la cresta

BOCATOMAS DE BARRAJE FIJO Las 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.

Igualmente

es aconsejable este tipo de bocatomas cuando el rio tiene un transporte de slidos o una capacidad de transporte apreciable. Con el objeto de proteger las riveras aguas arriba y aguas debajo de la presa se disean muros de encausamiento y proteccin.

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 es pequeo y no afecta mayormente al sistema de compuertas.

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 .

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 las quebradas en los valles, ya que en la poca de estiaje trabajan nicamente con la regulacin que se efecta con el barraje mvil, mediante el cierre o la apertura de las compuertas mientras que en la poca de crecidas trabajan con las compuertas de limpia abiertas y el paso libre del flujo encima del barraje fijo.

TOMAS SUB SUPERFICIALES

Este tipo de captaciones son establecidas en los lugares donde por lo menos se tiene un mnimo tirante de agua, es decir, debe fluir por lo menos algo de agua sea esta sub superficialmente

TOMA TIROLESA TITIRI CBBA.

Esta obra est implantada en el ro Titiri, que es un torrente que baja de la cordillera del mismo nombre, con moderada erosin basal, con una pendiente del 3% y un ancho de 55 metros. Esta obra fue construida con el objetivo de ser utilizada en el abastecimiento de agua potable de la ciudad de Cochabamba. Los taludes de ambos mrgenes son estables, de baja altura y conformados por morrenas. El ancho del ro es bastante amplio.

TOMAS SUB SUPERFICIALES

Una caracterstica de este tipo de captaciones son las galeras filtrantes, que concentran el escurrimiento sub superficial, y luego son conducidas al exterior por medio de un canal colector

CAPTACIONES SUB SUPERFICIALES

Seccin transversal de una galera filtrante, construida con bloques de piedra. Seccin en arco de medio punto, con solera revestida y canal director central.

CAPTACIONES SUBTERRANEAS

Galera filtrante vertical de seccin circular, denominada tambin pozo poco profundos, que capta aguas para extraccin con roldana. Construcciones muy comunes en lugares de planicie, con profundidades no mayores a 20 metros.

GALERIAS FILTRANTES

Introduccin Las galeras son obras de captacin y conduccin de agua subterrneas hasta un punto determinado, bien sea para su distribucin o para su consumo.

GALERIAS FILTRANTES El diseo y construccin de galeras requiere de una cuidadosa planificacin para asegurar su buen funcionamiento. De los estudios iniciales para la obtencin de los datos de diseo, dependern las actividades que deban implementarse para la construccin y funcionamiento de una galera.

2. Trabajos preliminares 2.1 Informacin bsica Para disear una galera filtrante se necesita la siguiente informacin:

GALERIAS FILTRANTES a) Plano cartogrfico de la zona.

b) Plano geolgico y perfiles transversales.c) Perfil estratigrfico.

d) Mapa de niveles de las aguas subterrneas y su variacin en el ao hidrolgico.e) Parmetros hidrogeolgicos determinados por ensayos de bombeo. f) Anlisis fsico-qumico y bacteriolgico del agua.

GALERIAS FILTRANTES 2.2 Reconocimiento de campo El reconocimiento de campo es imprescindible porque permite apreciar el relieve, el afloramiento de rocas, la proximidad de posibles focos de contaminacin, etc. 2.3 Trabajos complementarios De no ser suficiente la informacin disponible, ser necesaria a ejecucin de trabajos complementarios como perforaciones exploratorias, trabajos de topografa, ensayos de bombeo de pozos y anlisis fsicoqumico y bacteriolgico de muestras de agua, entre otros.

GALERIAS FILTRANTES 2.4 Ubicacin

Frecuentemente, la ubicacin es perpendicular al flujo de las aguas subterrneas, pero si existe una recarga constante de un ro, podr ser paralela a ste. La profundidad ser definida en funcin de la variacin del nivel de las aguas subterrneas, de manera que garantice su funcionamiento durante todo el ao y bajo las condiciones de sequa ms severas.

GALERIAS FILTRANTES3. Diseo

Considerando que el proyectista de pequeas obras de abastecimiento de agua tiene que disear la galera de filtracin de acuerdo con su experiencia y, por lo general, sin un detallado estudio hidrogeolgico, resulta prctico efectuar clculos por medio de diferentes mtodos y variar los parmetros dentro de un rango razonable de magnitud, para luego seleccionar los resultados mas probables. Aunque el procedimiento no parece confiable, en muchos casos proporciona buenos resultados en el diseo de pequeos sistemas de abastecimiento de agua. Emplear diferentes modelos en el diseo de la galera filtrante, permite al proyectista identificar los parmetros o factores de mayor influencia y por lo tanto, ayuda a definir las pruebas de campo que se deben realizar.

GALERIAS FILTRANTES3.1 Colector En el diseo del colector se deben considerar los siguientes aspectos: a) Seccin con capacidad suficiente para el caudal de diseo. b) Mnimas prdidas por friccin. c) rea de las aberturas del dren que faciliten el flujo hacia el conducto. 3.1.1 Dimetro

El dimetro mnimo es el que garantice el escurrimiento del caudal de diseo con un tirante no mayor al 50%,y no ser menor de 200 mm. para facilitar la limpieza y mantenimiento de los drenes. En las galeras largas, es posible usar distintos dimetros y hay que tener en cuenta que los tramos iniciales no necesitan una alta capacidad de conduccin, (ver figura ).

GALERIAS FILTRANTES3.1.2 Tipo de material Por lo general, se usan tuberas comerciales, como las de cloruro de polivinilo (PVC), asbesto cemento, hierro fundido y hormign simple o armado. Si se evalan los materiales, se encuentra que la tubera plstica de PVC presenta grandes ventajas: es barata, liviana, induce pocas prdidas por friccin, es fcil de transportar, instalar y perforar, no se corroe y tiene una larga vida til. El hierro fundido tiene alta resistencia a las cargas, gran durabilidad y permite un alto porcentaje de rea abierta. Sin embargo su costo es alto y es propenso a las incrustaciones, las que disminuyen su capacidad hidrulica. Las tuberas de hormign son pesadas y frgiles, lo que complica su manejo, perforacin e instalacin. No obstante, pueden instalarse en pequeos tramos con las juntas abiertas.

GALERIAS FILTRANTES3.1.3 Velocidad Para evitar la acumulacin del material fino que pueda entrar al conducto, la tubera del dren debe tener una pendiente adecuada que facilite su autolimpieza. Normalmente, la velocidad de escurrimiento del agua en el dren debe ser mayor a 0,60 m/s. De esta manera, el material fino podr ser arrastrado hasta la cmara colectora donde se depositar para su eliminacin. La velocidad de autolimpieza se logra con pendientes que varan de 0,001 m/m a 0,005 m/m. No se recomienda pendientes altas para evitar una profundidad excesiva en casos de galeras de gran longitud.

GALERIAS FILTRANTES3.1.4 rea abierta En el diseo del rea perimetral abierta de los conductos, se debe tomar en consideracin dos aspectos: a) Prdida de la resistencia estructural de la tubera; b) Velocidad de ingreso El valor de la mxima velocidad de entrada permisible para evitar el arrastre de partculas finas, varan desde 2,5 cm/s hasta 10 cm/s con un valor recomendado de 3 cm/s y para un coeficiente de contraccin de entrada por orificio de 0,55. En todo caso, es recomendable disponer de la mayor cantidad de rea abierta para tener bajas velocidades de entrada. El rea abierta por unidad de longitud del conducto estar dada por la siguiente expresin:

GALERIAS FILTRANTES

Donde: A = rea abierta por unidad de longitud del conducto (m2 ) Q = Caudal de diseo por unidad de longitud (m3 /s) Ve = Velocidad de entrada (m/s) Cc = Coeficiente de contraccin

GALERIAS FILTRANTES3.1.5 Forma, tamao y distribucin de las aberturas. El tipo de abertura que se practica en las tuberas son las perforaciones y las ranuras, las que pueden ser realizadas con taladros o discos. Las dimensiones de las perforaciones dependen de las caractersticas del conducto. Segn la publicacin The Desing of Small Dams, del Bureau of Reclamation, la relacin que debe existir entre la mayor dimensin de la abertura y el tamao de los granos del filtro est dada por la siguiente expresin:

GALERIAS FILTRANTES

GALERIAS FILTRANTES A su vez, la relacin de dimetros entre el forro filtrante y el material granular del acufero debe ser igual o menor a cinco.

La distribucin de las aberturas se hace de forma tal que no reduzca sustancialmente la resistencia a las cargas externas del conducto original. Se recomienda que tanto las perforaciones como las ranuras se distribuyan uniformemente en el rea perimetral, tal como se muestran en la figura anterior.

GALERIAS FILTRANTES El mximo porcentaje de rea perimetral abierta depende del tipo de material del conducto, de modo que a mayor resistencia del material, mayor rea abierta permisible. En pruebas realizadas en laboratorio con tuberas de PVC de 200 mm de dimetro, la resistencia a la carga externa aplicada con platos paralelos, disminuy 20% con un rea abierta del 3,2%. Normalmente, un rea abierta de alrededor del 3,0% permite velocidades de entrada por debajo de los valores mximos recomendados. Como los conductos solamente soportan cargas de relleno, es poco probable que colapsen debido a la prdida de resistencia causada por las perforaciones.

3.2 Forro filtrante

GALERIAS FILTRANTES

Su funcin principal es impedir que el material fino del acufero llegue al interior del conducto sin que sea afectada la velocidad de filtracin, el forro filtrante debe ser mucho ms permeable que el acufero. El forro filtrante se asemeja a la capa de soporte de los filtros de arena, y se deben seguir las recomendaciones que se sintetizan en el cuadro siguiente:

GALERIAS FILTRANTES Actualmente, se dispone de geotextiles de material sinttico resistente al agua, que pueden ser empleados de manera exitosa en la conformacin del forro filtrante .

GALERIAS FILTRANTES Una vez concluido el acomodo de todas las capas filtrantes, se cierra conformando el empaque de grava. Encima del empaque se coloca el material de excavacin hasta aproximadamente unos 0.30 m por debajo de la superficie natural del terreno (ver figura).

GALERIAS FILTRANTES 3.3 Sello impermeable En las galeras ubicadas en las mrgenes de los ros o lagos y en los acuferos con escurrimiento propio, es recomendable sellar la parte superior del relleno de la galera. Se sella con material impermeable para evitar que el agua estancada filtre hacia la galera y contamine el agua captada. Adicionalmente, la funcin del sello impermeable es aumentar la longitud del recorrido del agua superficial a travs de la masa de suelos, y as mejorar su calidad fsica y bacteriolgica.

GALERIAS FILTRANTESEl sello impermeable puede estar formado por una capa de arcilla de unos 30 centmetros de espesor. Este sello se puede complementar si se coloca en la parte inferior papel impermeable o geomembrana. Para evitar que el agua superficial se estanque, se recomienda que la capa impermeable quede un poco ms alta que el terreno circundante y con una pendiente que facilite el drenaje del agua superficial fuera del rea donde se ubica el dren.