UNI-FIC Diseño de Bocatomas(solo para uso académico) UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL DEPARTAMENTO ACADEMICO DE HIDRÁULICA E HIDROLOGIA CURSO HH-413-IRRIGACIÓN DISEÑO DE BOCATOMAS APUNTES DE CLASE por Ing. Alfredo Mansen Valderrama Ing. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 1 de 47 UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) PROLOGO Es un grato placer volver a escribir unas líneas sobre un tema que al inicio fue abordado como curiosidad profesional y que en este momento se ha vuelto un punto importante para mi desarrollo profesional y ha causado que estemos elaborando un documento que será el inventario de las Bocatomas existentes en el País, donde aparecerán todo los datos referentes a fecha de estudios, de construcción, quienes fueron los constructores y cual ha sido su funcionamiento desde el punto de vista hidráulico y si son necesarios ejecutar mejoras para garantizar la captación de los caudales de diseño. Es por este motivo que debido a la presión a ansia de conocimiento que vienen ejercitando, los estudiantes de lngeniería Civil de Ia Universidad Nacional de lngeniería, sobre los profesores, en especial en el área de Hidráulica o Hidrología, me siento obligado y con mucho gusto, a dictar el curso sobre Estructuras de Derivación, con el compromiso de que este pequeño libro se vea prontamente incrementado con una descripción teórica de cada tema y un cálculo explicativo que permita a los usuarios disponer de un elemento de consulta y no de un formulario. Agradeciendo a la Promoción 93-Il “Adolfo Fischer R.” por e1 apoyo desinteresado prestado en la elaboración del texto del Curso, así mismo, me enorgullece agradecer a dos distinguidos colegas, los lngenieros German Vivar y Nicolás De Piérola, quienes desinteresadamente han volcado sus conocimientos en la parte de Geotecnia e Hidrológia, para que este curso, alcance el éxito que sus auspiciadotes desean en bien de la Ingeniería Hidráulica del Perú. Ing. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 2 de 47 UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) INDICE 1. DESARROLLO HISTORICO DE LAS BOCATOMAS 1.1 Bocatoma 1.2 Elementos Fundamentales a ser tomados en cuenta previo al Diseño de las Bocatomas 1.2.1 Ubicación 1 2 2 Topografía 1.2.3 Condiciones Ecológicas y Geotécnicas 1.2.4 Información Hidrológica 1.2.5 Condiciones Ecológicas 1.2.6 Otros 2. ANÁLISIS Y TRATAMIENTO DE DATOS DE DESCARGA 21 Metodología de Cálculo 2.1.1 Cuencas con registros 2.2 Análisis de Máximas Avenidas 2.2.1 Distnbución Gumbel 2.2.2 Distribución Log-Pearson III 2.2.3 Ejemplos de Aplicación 2.3 Caudal Medio 2.3.1 Curva de Duración 2.3.2 Elaboración de una Curva de Duración 2.3.3 Ejemplo de Aplicación: Curva de Duración 2.4 Caudal Mínimo 2.4.1 Curva de Frecuencias Empíricas 2.4.2 Curva de Distribución de Probabilidades 5 5 7 7 8 8 9 9 9 10 10 10 10 11 12 13 15 15 15 15 16 16 17 3. DISEÑO HIDRAULICO 3.1 Tipos de Bocatomas 3.2 Relación entre la Localización de la Estructura de Toma y la Presa de Derivación 3.3 Condición del Lecho de la Presa de Derivación 3.3.1 Perforación 3.3.2 Calicatas 3.3.3 Sondeos 3.3.4 Ensayos de Bombeo 3.3.5 Ensayos Sobre Pilotes 3 3.6 Movimiento del Lecho del Rió Durante Ia Época de Avenidas 3.4 Determinación del tipo de Cimentación del Barraje Vertedero 3.5 Relación entre el Barraje, Vertedero Fijo y el Móvil 3.6 Efecto del Remanso Causado en el Rió por Ia Construcción del Barraje Vertedero 3.6.1 Método del Paso Directo 3.6.2 Método Aproximado 3.7 Barraje Vertedero o Azud 19 20 20 20 21 21 23 24 24 24 24 25 26 27 27 Ing. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 3 de 47 UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) 3. 8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.7.1 Altura del Barraje Vertedero 3.7.2 Forma de la Cresta del Barraje Vertedero. Solado o Colchón Disipador 3.8.1 Longitud del Solado o Colchón Disipador. 3.8.2 Espesor del solado o Colchón Disipador Enrocado de Protección o Escollera Control de Infiltración Canal de Limpia 3.11.1 Velocidad requerida para el Canal de Limpia 3.11.2 Ancho del Canal de Limpia 3.11.3 Pendiente del Canal de Limpia Toma o Captación 3.12.1 Criterios Generales 3.12.2 Estructuras Componentes de la toma 3.12.2.1 Rejilla (Trash Racks) 3.12.2.2 Ventana de Captación. 3.12.2.3 Cámara de Decantación o Desripiador 3.12.2.4 Compuerta de Regulación. 3.12.2.5 Transición. 3.12.2.6 Estructuras de Disipación 3.12.2.7 Aliviaderos Muros de Encauzamiento Diques de Encauzamiento 3.14.1 Calculo del Tamaño de Roca Diseño de Compuerta de Limpia Gruesa 27 28 29 29 32 33 34 35 35 36 37 37 37 38 38 39 40 41 41 42 42 42 43 44 46 Ing. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 4 de 47 Góngora. entre ellas tenemos: El Canal de Achirana en lca. El Canal Huaca La Cruz en Lambayeque. y debido a la falta de una política agraria de parte de nuestros gobernantes es que. BID. Realizando una visión a través del tiempo.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) 1. si se desarrollan proyectos. etc. 1. El abastecimiento de agua a la ciudad del Cuzco y Machupicchu. Así podríamos ampliar la lista anterior citando numerosos ejemplos de obras hidráulicas. precios bajos de los productos agrícolas. etc. para irrigar una área bajo riego o generar energía mediante su utilización en una central hidroeléctrica. DESARROLLO HISTORICO DE LAS BOCATOMAS EN EL PERU Es ampliamente conocida la vocación hidráulica del poblador peruano a través del tiempo. la Ingeniería Hidráulica en el Perú retoma la senda del progreso. Lama. En este curso nos ocuparemos de aquella captación que se origina en un rió. En este curso sólo trataremos de aquellas tomas que captan en forma directa las aguas del rió sin ninguna estructura de almacenamiento. en estas condiciones se le conoce como bocatoma o estructura de captación de cabecera y en los textos en ingles se les denomina Headworks. pero si bastante difícil de conseguir en nuestro país por las razones ya conocidas (dificultades topográficas. pero conviene hacer notar que en las épocas pre-inca e inca son donde se construyen estas obras. El sistema de regadío en Nazca e lca.) logran la concepción y en algunos casos la construcción de algunas obras hidráulicas nuevas o complementarias que permitieron el incremento de la frontera agrícola. muchas obras de irrigación a lo largo de todo el territorio atestiguan la calidad y funcionalidad de dichas obras.1 Bocatoma Se define así a la estructura que tiene finalidad de derivar parte o el total del caudal que discurre en un rió. es cuando se logra retomar una nueva etapa o repunte de la construcción de pequeñas. entrando a un oscurantismo en la época colonial y en los inicios de la época republicana. estos han sido ejecutados muy espaciadamente.. es en esta época que el ingeniero Sutton en compañía de jóvenes ingenieros peruanos (Mercado. sino que estas han continuado de estudio en estudio buscando la rentabilidad de los proyectos. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 5 de 47 . tipo presa. podemos establecer tres etapas del desarrollo de la construcción de bocatomas. y en los cuales una de las principales partes del proyecto ha sido la captación del agua desde la fuente del suministro. Intakes. Ing. etc. AID. medianas y grandes irrigaciones y/o proyectos de recuperación de terrenos agrícolas afectados por salinidad o empantamiento. Gilardi. A raíz de la presencia de las entidades crediticias internacionales tales como: BIRF. Con la llegada del ingeniero Charles Sutton. Dentro de este contexto se han desarrollado los proyectos de riego o mejoramiento de tierras.) Por estas razones. etc. Pero desgraciadamente nunca ha existido una política de continuidad para la construcción de obras hidráulicas proyectadas. situación no imposible de lograr. desde un punto de vista técnico. 1) b.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) a. debido al impacto directo de las aguas hacia ellos. Empleo del acero y el concreto Esta etapa se caracteriza con la aparición de nuevas técnicas de fabricación del concreto y el acero. (fig. Empleo de madera y piedras Ante las limitaciones de las técnicas de uso del concreto. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 6 de 47 . Sin embargo. se usaron la madera y piedras (caballos) como elementos principales para la construcción de las bocatomas. tal como se indica en la fig.2 . haciendo posible la edificación de vertederos rígidos con mayor resistencia. esto genera problemas de roturas en los diques laterales.3) Ing. siendo la mayor parte del cauce del río cubierto por el vertedero o barraje. manufactura del acero o generación de energía. Para prevenir este problema se recomienda construir el vertedero en el ángulo recto con respecto a la dirección del flujo. así como la introducción de la energía eléctrica para la operación y construcción. (ver fig. Es conocido que las bocatomas construidas de este modo son arrastradas y destruidas durante la época de avenidas a pesar de que se construyen tratando de darle la menor resistencia al efecto erosivo del rió. b. La entrada de sedimentos hacia el caudal de derivación debe ser limitado en el máximo posible. (fig. Ing. etc.2. Empleo de maquinaria pesada La etapa más reciente se caracteriza con la aparición de potentes maquinarias para la construcción civil (retroexcavadoras. 4) 1. bulldozers. La captación del agua a ser derivada debe ser posible aún en tiempo de estiaje.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) c.2 Elementos Fundamentales a ser tomados en cuenta previo al Diseño de Bocatomas Antes de iniciar el diseño de una bocatoma. c. para la que se recomienda que el sitio elegido reúna por lo menos las siguientes condiciones: a. los que han permitido la construcción de cimentaciones que pueden alojar compuertas de grandes luces que son accionadas por equipos con sistemas eléctricos o hidráulicos. recomendándose siempre la necesidad de contar con un equipo auxiliar independiente para casos de emergencia. Actualmente existen grandes luces de vertederos móviles que son controlados con censores a control remoto que permiten un manejo mas apropiado del caudal del río que discurre a través de la bocatoma.) y el empleo de nuevas técnicas en ingeniería civil y en la comunicación. La dirección a ruta del flujo de agua debe ser lo más estabilizada o definida. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 7 de 47 . se debe examinar los siguientes aspectos: 1.1 Ubicación Es de suma importancia la ubicación de la bocatoma en el cauce del rió. condiciones sobre facilidades constructivas (disponibilidad de materiales). por lo que Ing. por lo menos 1000m. Secciones transversales del cauce del río a cada 50m. Existe posibilidad de efectuar con una bocatoma con dos captaciones. 5) Lógicamente. 1.2. Perfil longitudinal del río. condiciones geológicas y geotécnicas. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 8 de 47 . la escala no debe ser menor de 1:500. la escala recomendada es H = 1:2000 Y V = 1:200. 1. la escala variara entre 1:100 y 1:200. se recomienda un área de 100m. evitar posibles inundaciones a daños a construcciones vecinas. entre 500m. tanto aguas arriba como aguas abajo del eje del barraje. o sea que se va a regar utilizando una misma estructura las dos márgenes. etc. d.2. este punto estará condicionado a cumplir las condiciones topográficas (cota de captación). la escala recomendada es 1:2000. en un tramo comprendido 1000m. aguas arriba y 500m. Levantamiento en planta del cauce del río. b. como mínimo. geológicas y geotécnicas. se encuentra ubicado inmediatamente aguas abajo del centro de la parte cóncava en los tramos curvos del río (fig. en este caso se recomienda la ubicación del barraje estará en un tramo recta del río.2 Topografía Definida la posible ubicación. ya que su conocimiento permitirá dimensionar en mayor seguridad la estructura. c.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) Un punto recomendable para cumplir las condiciones anteriores. se realizarán los siguientes trabajos topográficos: a. x 100m. tanto aguas arriba como aguas abajo del eje del barraje. aguas abajo del eje del barraje.3 Condiciones Geológicas y Geotécnicas Es importante conocer las condiciones geomorfológicas. Levantamiento localizado de la zona de ubicación de la bocatoma. a 1000m. Es por esta razón que. ya que. y que para nuestro caso. todo diseño se deberá ser previamente coordinado con todos los demás entes estatales y particulares que estén relacionados de alguna manera con el río donde se va a construir la bocatoma.4 Información Hidrológica Es de suma importancia conocer el comportamiento hidrológico del río. estas son de orden legal. Caudales medios y mínimos. podrían inundarse terrenos aledaños o construcciones anteriores (puentes. como por ejemplo la escalera de peces y camarones.2. f. d. b. mediante la bocatoma por efecto del remanso que se forma. Por este motivo. Capacidad portante Resultados sobre ensayos de hincado de pilotes ó tabla. b. Curva de graduación del material conformarte del lecho del río Sección transversal que muestre la geología de la zona de ubicación de la bocatoma.5. se debe tratar de no alterar dicho equilibrio mediante la construcción de estructuras que compensen este desequilibrio causado por la bocatoma. Curva de caudal versus tirante en la zona del barraje.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) se recomienda la obtención de los siguientes datos como resultado de los estudios geológicos – geotécnicos: a. por lo que se da por descontado que existe un estudio hidrológico sumamente detallado. se ha ejecutado un estudio hidrológico detallado de las posibles fuentes de agua. estacas Cantidad de sedimento que transporta el río. Asimismo en algunos casos será necesario pedir autorización del Instituto Nacional de Cultura por la existencia de restos arqueológicos. 1. Caudal del diseño para una avenida máxima. Entre los datos a obtener son: a. Coeficiente de permeabilidad. c. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 9 de 47 . sólo se usaran los datos anteriormente recomendados. e.2.2. c. caminos. Es lógico suponer que. para el proyecto de riego de la zona que va a servir la bocatoma. 1. aunque debemos reconocer que.). etc.6 Otros En este grupo se puede incluir las limitaciones u obligaciones que se deben tener en cuenta para la construcción de la bocatoma. Ing. 1. sobre todo en lo relacionado con la fauna. con el fin de evitar duplicidad o generación de problemas en proyectos similares por la construcción de una estructura en el mismo cauce. ya que esto permitirá garantizar el caudal a derivar y así como definir el dimensionamiento de los elementos conformantes de la bocatoma. en nuestro país estas estructuras son de costo elevado y que siempre se tratan de obviar por limitaciones presupuéstales. Condiciones Ecológicas Siempre toda construcción en un río causa alteración del equilibrio ecológico de la zona. Si no contamos con esta información pero si de valores lo suficientemente altos en más de uno por año podemos enfrentar el análisis mediante una serie parcial con la condición básica de que los valores sean independientes.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) 2. 2. longitud de cauce y morfología. esto es. Conviene señalar que existen diversas metodologías para el tratamiento de la información.2 Análisis de Máximas Avenidas Si disponemos suficiente información. Julio Kuroiwa Zevallos).1 2. ANÁLISIS Y TRATAMIENTO DE DATOS (En revisión por el Dr. las cuales no podrán ser tratadas en el desarrollo del curso por la orientación y naturaleza del mismo. por lo que es importante considerar aquellas metodologías que permitan inferir valores de diseño bajo estas circunstancias. hacen posible una diferencia significativa entre el caudal medio diario y el caudal máximo instantáneo: par lo que muchos casos es conveniente y necesario realizar una corriente que permita ajustar el diseño a las condiciones más severas. Como consecuencia de esta diferencia entre secciones existirá diferencias de valores debidos al aporte diferencial. Dependiendo de la magnitud de la obra a diseñar puede ser también necesario conocer algunos elementos complementarios que permitan adecuar la operación de las estructuras al comportamiento del cauce. El problema que comúnmente enfrentamos en el país es la falta de un registro histórico extenso y consistente que permita implementar las metodologías comúnmente conocidas en el tratamiento de la información. la pendiente. esto es una serie de registros de 15 años a más y disponemos de un valor por cada año. no correspondan a un mismo evento meteorológico. DE DESCARGA El diseño de estructuras hidráulicas esta íntimamente ligado al conocimiento de las descargas de un río. así como la ley de probabilidad de ocurrencia de los mismos. pérdidas o usos de terceros. Otro aspecto a considerar es el hecho de que en las cuencas típicas de los andes. o que la misma se halle a cierta distancia aguas arriba o abajo de la sección de control y por lo tanto muestre diferencias en cuanto a valores de descargas con relación a las disponibles. esto es. cobertura vegetal.1 Metodología de cálculo Cuencas con Registros En este caso podemos observar la posibilidad de que se disponga de registros suficientes en la sección de interés para el diseño. el uso de una serie anual. el procedimiento de cálculo es el convencional. el valor medio y los valores mínimos. 2. en el caso de bocatomas importa de manera especial la descarga máxima. La serie anual a parcial se ajusta luego a cualquiera de las funciones teóricas de probabilidad más conocida entre ellas: Gumbel Log-Pearson Ill Ing. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 10 de 47 .1. : Período de retorno del evento : Frecuencia de ocurrencia del evento. Ing.2.2) (2.1)]1/2 (2.45 ó) / (O.Qm)2 / (N . : Media de la serie de avenidas Qi Ó e : Avenida del año : Desviación estándar : Base de logaritmo neperiano.1) (2. Desviación estándar.4) (2.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) - Log-Normal II y Ill 2.5) b) Ordenar de mayor a menor asignando las correspondientes frecuencias según el criterio Weibull: F = rn/(N+1) (2. siendo m = 1 para la mayor avenida de la serie Qi y m = N correspondiente a la menor avenida.(e) Donde: W = (Qi .1 Distribución GUMBEL Se define a partir de las ecuaciones: -w -e P [Q < Qol =1.Qm + O. Qm = Qi / N ó = c) [ (Qi .7797 ó) T =1/F Donde: P [Q Qo] T F Qm (2. El procedimiento de ajuste a la ley de Gumbel de una serie de avenidas observadas Qi se puede resumir en: a) Seleccionar de cada serie anual disponible de caudales medios diarios o instantáneos un valor máximo y formar de esta manera la serie Qi de avenidas de extensión N.3) : Probabilidad de ocurrencia de una avenida Q menor 0 igual que Qo. Calcular las estadísticas correspondientes: Media.6) Donde m : número de orden. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 11 de 47 . coeficiente de asimetría. En el papel Gumbell y sobre la recta de la distribución dibujada hallar los Qmax correspondientes a distintos periodos de retorno de interés.2). ó3 LogQ (2. Este factor se obtiene de Ia tabla 1 mediante el coeficiente de sesgo (Cs).o.Cs) ó K = f2 (T. siendo: Log Q = ∑ Log Qi /N ÓLogQ : desviación (2.Ln (T-1)]} Donde: QT : avenida correspondiente a periodo de retorno T.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) N F d) : número total de datos de avenida.2. 2. Tener en cuenta K = f1 (P. ó LogQ En donde: QT : Máxima avenida correspondiente al periodo de retorno T.7) Log Q : Promedio de los logaritmos de la serie Qi.2 Distribución LOG-PEARSON Ill Se define a partir de La ecuación: Log QT = Log Q + K. : P[Q≤ Qo] Hallar la función teórica de Gumbell según las expresiones teóricas dadas por (2. (2. previa corrección por la longitud de registro.7797 Ln [LnT .Log Q )2 / (N-1) ]1/2 K : factor de frecuencia correspondiente a un T dato.Cs).{O. e) Esto también se puede hacer directamente con la formula: QT = Qm .9) estándar de los logaritmos de la serie Qi. Extrema (GUMBELL).45 + O.10) ÓLogQ = [ ∑ (Log Qi . (N-2) . (1 +(6 /N) ) AQUI VA LA TABLA 1 Ing.12) . Calcular para valores de T y graficar la línea teórica en el papel de distribución. cuya fórmula es: (2.8) (2. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 12 de 47 (2. El coeficiente de sesgo se calcula mediante la formula: CS logO = {N x ∑( Log Qi – Log Q )3}/ { (N-1) .1)y (2.11) El coeficiente de sesgo Cs utilizado es el corregido de acuerdo a la longitud del registro según: Csc = Cs. 7) QT = Qm – ó. ó = 90. En Ia columna (6) de la labia 2 se muestra la frecuencia según: F=1.2 379. 100 y 200 se hace aplicando la ecuación (2.13) Los caudales calculados para los periodos de retorno se dan en la tabia 3.1 356. En la tabia 2 se muestra la serie.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) Se gráfica los puntos teóricos (mínimo 3).000 6 Frecuencia (excd) 95.4 295.0 76.2 413. La recta de la función teórica se trata en papel Gumbel (Log-probabilística) empleando parejas de QT vs T. Igualmente en a columna (5) se anota el período de retorno T calculado según: T = (N +1)/m Los parámetros media y desviación estándar calculados son: Qm = 253.2 71.5 356. se ajusta la línea sobre el conjunto de puntos observados de la relación caudal máximo (Qmax) vs ProbabiIidad (1 -(m/N+1)). { 0.5 406.7 81. tal como muestra el grafico 1.3 3 Orden Descendente 413.5 85. 1 Fecha 1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962 2 Caudal 333. es decir N = 20 años.2.7 Ing. En la columna (3) se ha ordenado estos valores de mayor a menor.4 66.0 244.000 10.500 7.45 + 0.879 m3/s El cálculo por ejemplo para cada 4 periodos de retorno: T = 10.3 Ejemplos de Aplicación a.6 379. 50.6 4 N° de Orden 1 2 3 4 5 6 7 5 Período Retorno 21.500 3.7797 Ln [ Ln T – Ln (T – 1) ]} (2.2 90. Distribución GUMBELL Se dispone de la serie de descargas máximas del río Fortaleza en la estación Alpas durante el periodo de 1956 a 1975.8 287.200 3.0 305.5 406.250 4.1/T (2.000 5. En la columna (4) se anota m con m = 1 para la mayor descarga. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 13 de 47 .6 333.14) El gráfico 2 muestra la función ploteada.683 m3/s. 2. 15 T 10 50 100 200 Qi 413.0006 0.105 1.6 23.0000 -0.2 489.1 Pagina 14 de 47 Ing.9 159.3 38.1 52.8 305.7 223.5 214.471 2.0002 -0.11) se tiene que los parámetros son: Log QT = 2.458 2.7 223.6 204.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 d) 200.167 1.3 28.6 33.8 238.485 2.1844 k Utilizando la tabla 1 se deducen las parejas Cs (Coeficiente de sesgo) y K para valores de T dados.8 Distribución LOG-PEARSON III En la misma serie del río Fortaleza.2 538.9 244.313 1.0068 0.500 1.1 252. estación Alpas se aplica la función Log-Pearson III.8 9.7 223.4 47. Alfredo Mansen Valderrama .46016 + 0.1 33.0006 -0.609 2.1 252.9 38.6 238.5 14.2 379. De acuerdo a las ecuaciones (2.4 295.615 1.378 2.5 214.9 142. 50.0085 0.0039 0.4694 Los cálculos efectuados aparecen tabulados en la tabla 4.0000 0.0 (LogQi-LogQ)∧2 (LogQi-LogQ)∧3 0.0123 0.0051 0.0038 0.750 1.552 2.6 42.0002 0.8).7 145. Cs LogQ = -1.8 19.1 42.4 57.1844 .6 52.7 287.7 145.552 2. De modo que la ecuación final es: Log QT = 2.0 305.400 1. 200 años se tienen los resultados en la tabla 5 utilizando la ecuación 2. ó Log Q = 0.0000 0.3 19.0244 0.0 23.0001 0.8 238.909 1.100 1.0033 0.3 9.1 154.0014 F(exed) 4.5 356.0000 0.8 142.1 295.389 2.0 252.0004 -0.0008 0.6 287.0221 0. (2.0033 0.616 2.8 28.1 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2.0017 0.6 333.625 2.579 2.0 14.0 204.349 QT (m3/s) 372. Por ejemplo si deseamos calcular K para T = 10.5 4.9 244.403 2.4 115.5 406.9 47.7 200.7 588.0142 0.9 57.5 LogQi 2.235 1. 100.6 115.8 154.10) y (2.330 2.050 61.0 159.46016 . 0247 0.061 0.0668 0.5 95.707 404.202 2.3.0260 -0.0039 -0. Plotear en papel semi-log caudal vs P (Q ≥ Q0) (2.164 2.0033 -0.4 76.4694 -1.311 2.330 2.4694 -1. mediante: P = (m/n) x 100 d.9 159.0168 0.0636 61.1 154.2 T 10 50 100 200 Cs -1. tal que m = 1 corresponde al máximo valor y m = N el valor mínimo.189 2.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) 214.3510 QT 445. es decir N = 20 años.4694 -1.0198 -0.16) b.4694 K 1.7 90.3.6 115.0937 0.7 71. Contar el número de veces que una magnitud de caudal dada es igualada o excedido.3 Ejemplo de Aplicación: Curva de Duración Se muestran los caudales medios anuales del río Chicama en la estación Salinas para el período 55/56 . Alfredo Mansen Valderrama Pagina 15 de 47 .0173 -0.0247 1.9 66. 2.0022 -0.3 Caudal Medio 2. Es importante mencionar que la pendiente de esta curva depende grandemente del periodo de observación analizado.2 Elaboración de una Curva de Duración a.0733 0.74/75.0 85.0287 -0.7 145.1 Curva de Duración Una forma muy usual de representar la distribución de valores de caudales es mediante la curva duración.154 2. Si el periodo es largo la curva se aproxima a la distribución de probabilidades de la variable. mensuales o diarios en forma decreciente.2700 1.0222 0.893 512. Calcular el porcentaje de tiempo correspondiente.0 204.303 2. Esta curva muestra el porcentaje de tiempo que un especificado caudal fue igualado o excedido durante el periodo de análisis o registro. Ing.3180 1.1 2.0879 0.017 2.774 494. 2. mostrando la duración relativa de varias magnitudes. Estadísticamente la curva de duración no es más que una curva de frecuencia acumulada de una serie de tiempo continua.8 142.1593 -0. Ordenar los caudales medios (anuales. c.3.7 200.2 81. 2 1955/56 23. Q(m3/s) Q en orden (*) decreciente 44.18) Pagina 16 de 47 .7 21.0 1955/56 30.4 32.3 21.3 30.17) (2.9 20.4 2.0 11.6 23.5 17.0 12.6 1955/56 20. Seleccionar los valores de Q tomando el mínimo valor de la serie caudal mínimo anual.3 1955/56 32.2 24. Alfredo Mansen Valderrama (2.0 32.6 35.0 1955/56 11.9 1955/56 35. Calcular el periodo de retorno Tm mediante la siguiente fórmula: Tm = 1 / (1+Pm) Ing.4 22.1 Caudal Mínimo Curva de Frecuencias Empíricas FECHA m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 P(Q≥=Qo)*100 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 El procedimiento para elaborar una curva de probabilidades empírica es el siguiente: a.4 1974/75 (*) Caudales medios anuales medidos 2.6 1955/56 22.0 4.7 1955/56 17.3 1955/56 34.0 1955/56 12.8 15.8 1955/56 24. Ordenar los valores Q en forma decreciente.7 16.6 1955/56 16.2 1955/56 4.5 1955/56 15.5 1955/56 21.0 1955/56 32.0 32. En el gráfico 3 se ha ploteado caudal medio vs probabilidad.0 34. b.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) En la tabla 6 se muestran los cálculos para la elaboración de la curva de duración. Calcular la probabilidad mediante la formula: Pm = m / (N +1) Donde: m: orden N: número total de años Pm:P[Q ≥ Q0] d.6 33.7 1955/56 21.5 44.4.4 1955/56 33. c.0 1955/56 32. Log Normal 2. Y: probabilidad de que un caudal mínimo sea igualado o excedido. calculada por la siguiente formula: Y = P[Q ≥ Q0] = m / (N-1) Y está relacionado con el periodo de retorno T mediante la fórmula T = 1/(1 . El procedimiento es el siguiente: a. entrar con TN y N.. (2. N. c..2 Curva de Distribución de Probabilidades Pare caudales mínimos se pueden usar funciones teóricas como Gumbel. y hallar eI valor de L.19) La solución de la ecuación (2. Sea la ecuación: En donde: E : valor de la sequía mínima 0 : valor de la sequía característica (valor de Q cuando w = 0)..( m / (N+1) ) ) (2.ewL (2.. para el m = 1.22) (2. Gamma 2. Dibujar una curva suave para los datos ploteados. 0 y L.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) e. Calcular el valor de E con la ecuación: E = Q1 – (Qm – Y1) / NL – 1) (2. Empleando el gráfico 4.23) (2. Alfredo Mansen Valderrama ..4.Qm)2 / (N -1) )1/2 b. Log Normal 3.. 2. seguidamente se describe la distribución de Gumbel para mínimos. Por ser una de las mas empleadas.25) Pagina 17 de 47 e.. entre otras.E)..24) Cálculo de parámetro L en función de TN y N. Calcular promedio Qm y ó (desviación estándar) de la serie de mínimos según: Qm = ∑Q1 / N ó = ( ∑(Q .21) (2.19) se logra estimando valores para los parámetros E. Identificación de sequía mínima observada Q1 Estimación de TN según: TN = (Qm – Q1) / ó d. Plotear en papel aritmético los valores de Qm vs Pm o Tm o ambos. Ing...20) Y = E + (O . 19) para diferentes valores W.2.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) f. (ver figura 6) Ing.E) Donde. T: Función Gamma que aparece en la tabla 7 g. ya que podría ser que topográficamente sea factible. Plotear en papel Gumbel de mínimas los valores Y vs W (2. Estimar media y desviación estándar: Qm . situación no siempre fácil de encontrar. h.27) 3. DISENO HIDRAULICO Es conveniente. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 18 de 47 . por lo que a veces es necesario formar la carga hidráulica mediante la construcción de una presa de derivación que permita elevar el nivel de Ia superficie del agua en el río a fin de que sea posible captar parte del caudal del río en forma oportuna y eficiente. o en algunos casos se trate de terrenos de cota relativamente alta con respecto al nivel del agua en el río. Es común que los terrenos potencialmente a ser irrigados en un valle. Resolver la ecuación (2. En consecuencia es necesario remontar el río con la finalidad de encontrar un lugar apropiado topográficamente que permita el riego de dichos terrenos. (2. se encuentran a considerable distancia del cauce del río de donde se pretende obtener el agua.28) (2.L e.26) 2. b. Calcular valor de L en el gráfico A entrando con valor Qm / ó c.4. Plotear en papel Gumbel de mínimas los valores de Y vs W. Calcular 0 con la ecuación: θ = Qm / T(l+L) d.ó. precisar sobre la necesidad. Calcular 0 según: O = Qm –E / (T(1+L) . tipos y partes que componen la bocatoma. pero que geológicamente o de facilidad constructiva no sea lo apropiado. Resolver Y para diferentes valores de W según ecuación: Y = θ x ew. antes de comenzar a detallar los criterios más difundidos sobre diseño de bocatomas.1 Caso cuando E = 0 a. pero que para poder captar el caudal deseado necesitan de compuertas que le den la cota a nivel de agua adecuado. podemos clasificar en 4. de las condiciones Ing. Toma Móvil Se llama así aquella toma que para crear la carga hidráulica se vale de un barraje móvil. Para concluir el tipo de bocatoma más recomendable para realizar la captación de un caudal determinado previamente. además permite el ingreso de sedimentos hacia el canal de derivación. depende de la altura del vertedero. Su principal ventaja es que permite el paso de los materiales de arrastre por encima de la cresta del barraje vertedero o azud.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) 3.1 Tipos de Bocatomas En lo referente a los tipos de bocatomas. Será fija cuando se utiliza un elemento rígido. tiene desventaja de ser obstruida fácilmente en época de crecidas. por lo que la construcción de estas tomas debe ser donde las condiciones lo favorezcan. necesitan disponer de un barraje relativamente bajo. ye que podrían causar rápida obstrucción de las rejillas. La captación en ese tipo de bocatomas se realiza por medio de una ventana que puede funcionar como orificio o vertedero dependiendo del tirante en el río. en un espacio dejado en él. Toma Mixta o Convencional Se trata de una toma que realiza la captación mediante el cierre del río con una estructura llamada azud o presa de derivación. Son tomas que por la variación de niveles en forma muy marcada entre la época de estiaje y avenida. que por lo general es un brazo fijo del río que permite discurrir un caudal mayor que el que se va a captar. b. y será móvil cuando se utilizan compuertas de acero o madera. a saber: a. Toma directa Se trata de una toma que capta directamente mediante un canal lateral. d. Sin embargo. por lo general concreto. A los barrajes con compuertas que permiten el paso del caudal de avenida a través de ellos se les conoce como barraje móvil. Estas tomas no son recomendables en ríos donde el arrastre de sedimentos es intenso. Su mayor ventaja es que no se necesita construir un barraje o azud que por lo general constituye una de las partes de mayor costo. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 19 de 47 . el cual puede ser fija o móvil dependiendo del tipo del material usado. protegido por una rejilla que impide el ingreso de materiales gruesos. Conviene comentar que la gran mayoría de ríos del Perú son muy jóvenes y arrastran gran cantidad de sedimentos en épocas de crecidas. c. Toma Tirolesa o Caucasiana Son tomas cuyas estructuras de captación se encuentran dentro de la sección del azud. es importante mencionar otros aspectos geológicos. De este modo. determinar Ia estructura del subsuelo y obtener muestras para ensayos de mecánica de suelos. ya que el conocimiento de éste permitirá fijar el tipo de estructura y sus condiciones apropiadas en el diseño.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) de la cimentación. Los siguientes son los métodos directos usados con fines de exploración del sub-suelo: 3. remanso aguas arriba.3 Condición del Lecho de la Presa de Derivación Es muy importante investigar el sub-suelo donde se apoyará la presa. etc. 3. pero por lo menos deben ejecutarse perforaciones en el eje del barraje Ing. ya que es la parte donde los sedimentos son en menor cantidad. ya que éste puede ingresar al canal o depositarse delante de la toma. formando un ángulo entre 60o y 90o.geotécnicos a tener en cuenta al proyectar obras hidráulicas: su ubicación en zonas con riesgos de falla por fenómenos de geodinámica externa y los criterios de exploración y explotación de canteras que proveerán los materiales (agregados. de la disponibilidad de los materiales de construcción y del monto del dinero asignado pare Ia ejecución de la obra. en un tramo recto del río. longitud y número de perforaciones variará de acuerdo al criterio del especialista.1 Perforación Permite identificar et tipo de materiales que conforman el lecho. Por esta razón es que Ia captación debe ubicarse en un lugar donde los sedimentos puedan ser arrastrados por el flujo del río y si hay posibilidad de ingreso de sedimentos hacia el canal ésta debe ser lo mínimo posible. 3. necesarios para la ejecución de las obras. Complementariamente. Si se tiene que colocar la toma en tramos curvos. del flujo en el río. que el eje de la toma forme un ángulo de 20o a 30o con respecto al río. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 20 de 47 . como ya se ha explicado anteriormente. la toma debe estar inmediatamente aguas arriba del eje de la presa de derivación.3.2 Relación entre la Localización de la Estructura de Toma y Ia Presa de Derivación Básicamente la ubicación de la estructura de toma (Intake) está orientado en función del sedimento de arrastre que trae el río. El tipo. debe estar en la zona cóncava. de ser posible.). rellenos. La investigación del sub-suelo debe estar orientada a satisfacer las necesidades de determinación de la capacidad admisible de carga y de evaluación de la erodibilidad del lecho. afirmados. La investigación del sub-suelo hecha por métodos directos o indirectos. Asimismo se recomienda. Se le considera el método más apropiado.3. pese a las limitaciones obvias que presentan la necesidad de entibado y bombeo. El tubo tiene dos secciones (tipo caña partida) y es usado para tomar muestras.10 10 – 30 30 – 50 + de 50 Densidad del espécimen Extremadamente suelto Suelto Medio Denso Extremadamente denso ARENA Material Número de golpes / pie 0–2 2-4 4–6 6 – 15 15 – 30 > 50 Consistencia Extremadamente suelto Suave Normal Duro Extremadamente duro Pam El SPT es muy seguro cuando se trata de suelos arenosos. Normalmente se le usa con una perforadora rotatoria para atravesar los estratos gravosos en los que el SPT es inoperante. Por el número de golpes requerido para hacer penetrar el tubo a una profundidad de 30 cm. por lo que se recomienda seguir el siguiente criterio de Bureau of Reclamation: Ing. ya que es golpeado contra el suelo para obligarlo a penetrar en él mediante una pesa de 63.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) vertedero. la cual cae desde una altura de 75 cm. aguas abajo y aguas arriba del eje de las compuertas de limpia. a lo largo de un eje guía. Ensayo de Penetración Standard (SPT) Debido a su simplicidad su uso está muy difundido. así como la bolonería de gran tamaño. el cual está unido a una sarta de varillas. 3. El objetivo de Ia perforación es la toma de muestras alteradas o inalteradas dependiendo de los materiales y la ejecución de ensayos in situ.5 kg.3 Sondeos a.3. Consiste de un tubo de 51 mm de diámetro externo. normalmente presente en los lechos de los ríos. en el colchón disipador y en los tramos laterales. pero para arcillas se debe usar el criterio de la resistencia a la comprensión de una muestra no confinada. se puede estimar la densidad del terreno Terzaghi-Peck recomiendan lo siguiente: Material Número de golpes / pie 0–4 4 . 3.2 Calicatas Permiten una visualización directa de los estratos y del lecho del río. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 21 de 47 . asimismo se pueden obtener muestras para ensayos y determinación de la Capacidad Portante del terreno. A continuación se dan algunos parámetros obtenidos a partir de N. dentro del terreno.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) CLASIFICACIÓN Excelente Bueno Aceptable Pobre N (golpes / pie) 25 o más 15 .5 El valor de N permitirá precisar valores útiles para el diseño de la cimentación. El impacto es transmitido al cono mediante una sarta de varillas. En otros tipos de suelo hay necesidad de emplear cortes de calibración para corregir los valores de “n” medidos respecto de N del SPT.6 – 1. Ensayos de Carga Ing. por lo que se recomienda medir el N al mismo tiempo de la perforación. Consiste en introducir una punta cónica a 60o de diámetros diferentes dentro del terreno mediante la caída de una masa de 10 Kgs.. Puede ser operada por dos hombres y un tercero que anote el número de golpes para introducir el cono 10 cms. Como en el caso del SPT. limosos a arcillosos. Esta prueba está avalada por Ia Norma Alemana DIN 4094 por lo que también se le denomina Penetrómetro Alemán. Ensayo con el Penetrómetro Dinámico Ligero (PDL) Se utiliza en suelos arenosos. según las especificaciones japonesas para puentes y carreteras: Cohesión para Suelos Arcillosos C (Kg/cms2) 0. corriendo por una guía hasta un cabezal desde una altura de 50 cms. c. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 22 de 47 . la presencia de agua es considerada y N debe ser corregido por la siguiente relación: N = (N + 15) * 0. Esta prueba correlaciona bastante bien con el SPT hasta una profundidad máxima de 5 mts.25 10 – 15 < 10 En caso de suelo arenoso muy fino sumergido.0N Angulo de Fricción Interna para suelos Arenosos φ° (15N)0. para suelos arenosos finos. no es aplicable a suelos gravosos ni rocas. como por ejemplo el ángulo de fricción.5 + 15° Modulo de Elasticidad E (Kg/cms2) 25 N Velocidad de la Onda “S” Vs (m/seg) Suelo arcilloso: 100N1/3 1≤ N ≤ 25 Suelo arenoso: 80N1/3 1 ≤ N ≤ 50 b. Consisten en aplicar una carga al terreno mediante un plato de acero de 30. con la asistencia técnica de un especialista. Los métodos indirectos o de prospección geofísica. 3. 60 o75 cms. se utiliza ye sea para medir la permeabilidad de campo en una perforación.3. el ensayo de bombeo. los cuales deberán usarse con criterio geotécnico. En los primeros se hace explotar una carga que depende de la profundidad a la que se quiere investigar. la que se incrementa gradualmente.4 Ensayos de Bombeo El método de construir una cimentación es a menudo decidido por la posibilidad de drenaje. Por eso.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) No están considerados dentro de las pruebas rutinarias y sólo se efectúan cuando es necesario verificar un valor asumido o establecer una diferencia. el cual puede registrar y memorizar la señal para luego ser analizada. de diámetro. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 23 de 47 . el tiempo y el asentamiento del suelo se van registrando para analizarlos mediante fórmulas empíricas. pueden ser sísmicos o eléctricos. En algunos casos es conveniente combinar los métodos directos e indirectos de investigación del sub-suelo con el objeto de obtener información confiable En Ia tabla adjunta se consignan algunos valores de la Presión Admisible para suelos y rocas según diferentes códigos y autores. o la variación de la napa freática. uniéndose la velocidad de las ondas mediante geófonos conectados a un sismógrafo. o si se usará un caisson o pilotes para alcanzar el estrato resistente. La velocidad de la variación de Ia carga. El segundo método de prospección geofísica generalmente se utiliza para determinarla la profundidad del nivel freático. Ing. ya que este a veces determina si se usará una estructura superficial o profunda vaciada directamente o pre-fabricada. o mejor aún. siendo este último el más decisivo para Ia selección del tipo de estructura. 3.5 Relación entre el Barraje Vertedero Fijo y el Móvil Si un barraje fijo es construido a lo largo de la longitud del cauce y no genera problema durante Ia época de avenida.3.6 Movimiento del Lecho del río durante la época de Avenidas El cauce del río es del tipo móvil en especial en época de avenida. la capacidad portante del suelo deberá ser estimada a partir del SPT y verificada mediante ensayos de carga o de hincado de pilotes para determinar la profundidad de cimentación y magnitud del rechazo del terreno. que también se puede usar el sistema Well Point como control de la napa freática. pare lo cual será necesario determinar la capacidad de la bomba.5 Ensayos sobre Pilotes En caso de construcción de una cimentación mediante el uso de pilotes. 3. La selección de cualquiera de ellas estará regida por: condiciones de seguridad contra Ia erosión.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) Es importante mencionar en este punto.4 Determinación del Tipo de Cimentación del Barraje Vertedero Existen básicamente dos tipos de cimentación de barraje vertedero. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 24 de 47 . lo que podría causar problemas en la construcción de las estructuras de cimentación. control del flujo subterráneo y razones de costos durante el proceso constructivo. Ing. los del tipo flotante o sean aquellas que están apoyadas directamente sobre el material conformarte del lecho del río (arena y grava). Ia longitud del barraje vertedero es limitado por el ancho del canal de limpia gruesa. 3. (Ver figuras 7-a y 7-b). a los cuales se les conoce como el tipo fijo. separación de tuberías y el diámetro apropiado de ellas. o aquellas que se apoyan sobre material rocoso. 3.3. ). En este curso recomendamos el uso de los siguientes métodos: Método del Paso Directo (Direct Step Method) Método aproximado. sumados den el caudal de diseño es decir: Qm + Qf = Qd (3. el hecho de construir et barraje en el cauce del río. será necesario aumentarla longitud del barraje. Ing.6 Efecto del Remanso Causado en el río por la Construcción del Barraje Vertedero Tal como se explico anteriormente. caminos. sistema de drenaje. por lo que es necesario determinar la curva de remanso formada para analizar y solucionar los problemas causados. obras de arte hidráulicas (alcantarillas. el costo es el que prima en la relación entre un barraje fijo y móvil. 3. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 25 de 47 . lo cual causaría una altura menor en Ia sobre elevación de nivel de agua que ocasiona el remanso. ya que habría que comparar el gasto que ocasiona el efecto del remanso hacia aguas arriba de la presa versus Ia construcción de un vertedero muy corto.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) En cambio si el barraje fijo causa problemas durante la época de avenida. etc. puentes. (Ver figura 9) El criterio para determinar la longitud de barraje vertedero fijo (Lf) y la longitud móvil (Lm) es que sus longitudes deben permitir pasar caudales Qm (Caudal por Zona Móvil) y Qf (Caudal por Zona Fija) que. en caso contrario.3) Concluyendo. aumentando el nivel de las aguas. entonces. en especial aguas arriba del barraje fijo. será necesario aumentar un barraje móvil para controlar el aumento del nivel de agua sin causar problemas de inundación. causa la formación de una sobre elevación del nivel de agua delante del vertedero que genera problemas a los terrenos agrícolas. 9). De acuerdo a la figura 10.5) en (3. e1-e2 = ∆e Entonces reemplazando (3.5) (3.6.Z2 = ∆Z. resulta: J = .E2) / ∆L : : : energía total energía especifica gradiente hidráulico pendiente del fondo (3.12) Pagina 26 de 47 .6) (3.( ∆e / ∆L) + Io De donde: ∆L = ∆e / (Io-J) = (el-e2) / (Io-J) Ing. Z1 .d2 .(El .( ∆e / ∆L) .E2 = ∆E.10) se tiene: J = .( ∆Z / ∆L) Reemplazando (3.8) en (3.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) 3.11) (3.10) (3.4) y (3.6) resulta: J = (dl + V12 / 2g . Alfredo Mansen Valderrama (3.9) (3.(Z1 – Z2 ) / ∆L : Pero: El .4) (3. se tiene: E = Z + d + v2 / 2g e = d + V2 / j = .8) lo = .7) (3.1 Método del Paso Directo A continuación se presentan los criterios para el cálculo del remanso usando el Método del Paso Directo.∆Z / ∆L Reemplazando (3.V22 / 2g) .7) en (3. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 27 de 47 . se pueda derivar un caudal hacia el canal principal o canal de derivación. 3.6.7 Barraje Vertedero o Azud.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) En el cual: J = (J1 + J2) /2 J1 = ( (n x Q) / (Al x RI 2/3)) 2 (3.16) sobre elevación del tirante normal (dn) (ver figura 11) pendiente del fondo del río 3. También debe permitir el paso de agua excedente por encima de su cresta. La longitud L se calcula mediante Ia siguiente formula: L = 2 x h / Io Donde: h : Io : (3.15) (3.14) J2 = ( (n x Q) / (A2 x R2 2/3) )2 (3.7. Ing. de modo tal que.1 Altura del Barraje Vertedero La altura del barraje vertedero está orientada a elevar o mantener un nivel de agua en el río.13) 3. Es lógico que el nivel de la cresta dará Ia carga suficiente para derivar el caudal diseñado para irrigar las tierras servidas por la bocatoma.2 Método Aproximado El Método aproximado da con bastante precisión la longitud total (1) del remanso y permite tener una idea del efecto del remanso hacia aguas arriba. pudiendo ser mayor de ser posible.S.E.20 (en metros) Donde Co : cota del lecho detrás del barraje vertedero (del plano topográfico) ho : altura necesaria para evitar el ingreso de material de arrastre (se recomienda ho ≥ 0.7. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 28 de 47 . Army Engineers.S.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) De acuerdo a la figura 12 se puede definir que la cota Cc de la cresta del barraje vertedero será: Cc = Co + ho + h + 0. Waterways Experiment Station) para el dimensionamiento preliminar pero.60 m). Es conveniente aplicar la fórmula del W. (U. : altura que necesita la ventana de captación para poder captar el caudal de derivación Qd (asumir que funciona como vertedero.) . (3.2 Forma de la Cresta del Barraje Vertedero Es recomendable dar formas a la cresta de modo tal que eviten la presencia de presiones negativas que podrían generar capitación que causen daños al concreto. 13) Ing. sumando de seguridad con el fin de corregir efectos de oleaje y de coeficientes de la fórmula.20m. es recomendable dar un poco de robustez debido a que por lo general las fórmulas dan secciones muy esbeltas y fáciles de ser dañadas por las erosión del rió (ver fig.17) h 3. 20) Co + P + H + VH2 / 2g = C1 + d1 + V12 / 2g + hf 0-1 V12 / 2g = Co – C1 + P + H + d1 + VH2 / 2g – hf 0-1 (3.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) Tal como se describirá mas adelante.19) en (3..8. colchón disipador (stilling basin). al momento de verter el agua por encima del barraje se transforma en energía cinética que causa erosión y por lo erosivo se construyen estructuras de disipación. que buscan o tienen por objetivo formar un salto hidráulico que logra disipar la energía cinética ganada por el barraje vertedero.18) y (3. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 29 de 47 .19) (3. Cálculo de d1 (tirante al pie del barraje vertedero): De acuerdo a Ia figura 14: Eo = Co + P + H + VH2/ 2g E1 = C1 + dl +V12 / 2g Par Bernoulli : Eo = El + hf 0-1 Reemplazando (3.18) (3. 3.1 Solado o Colchón Disipador Longitud del Solado o Colchón Disipador Debido a la colocación del barraje vertedero en el cauce del río se genera un incremento de energía potencial que. a.8 3. la sección de barraje vertedero deberá ir tomando forma para resistir a las solicitaciones de las fuerzas debido a la presión del agua. empuje de tierras y subpresión. A continuación se describe el cálculo de la disipación de energía basada en la longitud del colchón disipador y de los tirantes conjugados (d1 y d2) necesarios para la formación apropiada del salto hidráulico. conocidas como: solados (apron).20) Ing. efectos sísmicos. etc. b.26) Si d1 obtenido en (3.29) Ing.26) se tiene: d1 = q1 / V1 (3.) d1 ≥ 0.21) es necesario asumir ciertos valores tales como: r = (Co – C1).22) (3. (entre 0.28) (3.0 m. (en mts.23) 3. se tiene: d2 = -d1 / 2 + (d12 / 4 + 2x (V12 / g) x d1)1/2 Comprobando: d2 = dn + r (3. Reemplazando (3.27) (325) (3.25) necesita una comprobación.21) V1 = (2g x ( r + p + H – d1 + 0.5 y 1.22) y (3.23) en (3.) hfo-1 = (0.24) (3.9 x VH2 / 2g))1/2 Este valor calculado por la ecuación (3. Calculo del tirante conjugado d2 De la conservación de la fuerza especifica o momento entre la sección 1 y 2.30) (3. en caso contrario se volverá a tantear con otro d1.1 x VH2 / 2g). o sea cálculo de d2. ya que: V1 = Q1 / A1 = Q1 / (b1.1 m.28) es muy cercano al d l supuesto (en 3.24) se prosigue al siguiente paso. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 30 de 47 .UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) V1 = (2g x (Co-C1 + P + H –d1 + VH2 / 2g – hf 0-1))1/2 Donde: Co C1 P H d1 hf 0-1 VH V1 : cota del terreno en 0 : cota del colchón disipador : altura del barraje : altura de lámina vertiente : tirante del río al pie del talud : pérdida por fricción entre 0 y 1 : velocidad en Ia cresta del barraje vertedero : velocidad al pie del talud (3.21) Para resolver (3.d1) = q1 /d1 Donde: q1 = Q1 / b1 De (3. por lo que para buscar un salto sumergido en el colchón disipador. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 31 de 47 . Existen varias fórmulas empíricas y experimentales que se dan a continuación. y que por lo general dan valores un poco conservadores pero que orientan para la toma de decisiones en el diseño final.30) pocas veces se presenta. siendo Fl = V1 / (g x d )1/2 L = 4 d2 (Safranez) (3.S.34) (Schoklitsch) (3.31) Conocidos los tirantes conjugados (d1 y d2) es posible calcular la longitud necesaria para que se produzca el salto hidráulico.32) (U. Ing.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) Donde: dn : tirante normal en el río r : profundidad del colchón disipador La condición (3. L = (5 a 6) x (d2-dl ) L = 6 d1. pero sin olvidar el factor económico que podría afectar el resultado elegido.15 x d2 c. Bureau of Reclamation) Y el método gráfico de U. De estos valores se elige el mayor. Bureau of Reclamation. F1.33) (3. Cálculo de la longitud del colchón disipador (3.S. (ver gráfico de la figura 15). se acepta que: dn + r = 1. (Sp / Sr) Sp Sr : camino de percolación parcial : camino de percolación total Recomendaciones: El espesor dado por (3. A . es decir: W ≥ Sp γs .2 Espesor del Solado o Colchón Disipador Para resistir el efecto de la subpresión es recomendable que el colchón disipador tenga un espesor que soporte el empuje que ocasiona la subpresi6n. A De donde: e = γ. h) / (γs .40) (3.35) (3. De donde: e = h / ((γs / γ) -1 ) = h / (SGs-1) Donde: SGs : gravedad especifica del suelo (3. se tiene así: e = (4/3). e > γ .90 m (3.8.36) (3.38) debe ser corregido por seguridad.41) Ing. (h/(SGs.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) 3. h / γs e = (γ .1)) se recomienda e ≥ 0.37) (3. h . (Ver figura 16) La fórmula que permite calcular el espesor conveniente se basa en que el peso del solado debe ser mayor que la subpresión.39) (3.38) h = ∆h – hf hf = ∆h.γ) La ecuación (3.37) es la corrección por saturación del suelo. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 32 de 47 . resulta: Ls = 0.42) : altura comprendida entre la cota del extremo aguas abajo el colchón disipador y la cota de la cresta del barraje vertedero. : altura comprendida entre el nivel de agua en el extremo aguas abajo del colchón disipador y la cota de la cresta del barraje vertedero. (Ver figura l7).rap) con el fin de reducir el efecto erosivo y contrarrestar el arrastre del material fino por acción de la filtración.42).6 C D11/2 (1.45) Ing.44) en (3.Db / D1)1/2-1) (3. : coeficiente de Bligh.12 (q. D1 q C Reemplazando (3.q)1/2 : longitud total de escollera Lo = 0. : avenida de diseño por unidad de longitud del vertedero.43) (3.43) y (3. (Ver tabla 10). (ver figura 17). (Ver figura 17).67 C (Db . en m. La longitud de escollera recomendada por Bligh es: Ls = Lt – Lo Donde: Lt = 0.9 Enrocado de Protección o Escollera Al final del colchón disipador es necesario colocar una escollera o enrocado (rip . Alfredo Mansen Valderrama Pagina 33 de 47 .UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) 3.44) (3. en m.60 C D11/2 Db : longitud del colchón (3. 5 a 1 C (Bligh) 18 15 12 9 4-6 6-7 C (Lane) 8. ∆h (3.0 6.46) Donde: S C ∆h : camino de percolación : coeficiente de Bligh : diferencia de nivel entre el nivel aguas arriba y aguas abajo del barraje vertedero (Ver figura 18).25 0.01 0.5 7.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) Lecho del Cauce (Lane) Arena Fina y Limo Arena Fina Arena Gruesa Gravas Arena Bolonería.) 0. El ingeniero Bligh estudio este fenómeno con presas construidas en Ia India.0 3. es decir: S ≥ C.0 4. Lane planteo la siguiente expresión: S = 1/3 ∑LH + ∑ Lv > CL. Gravas y Arena Arcilla Tamaño de Grano (mm. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 34 de 47 . Este criterio fue corregido por Lane después de observar casi 200 estructuras entre las que funcionaban bien y las que fallaron.0 1.10 Control de Filtración El agua que se desplaza por debajo de la presa vertedero causa arrastre de material fino creando el fenómeno de tubificación: este problema se agrava cuando el terreno es permeable. ∆h (3.6 a 3 3.005 a 0.1 a 0.47) Ing. recomendando que el camino que recorre el agua por debajo del barraje vertedero (camino de percolación) debe ser mayor o igual que la carga disponible entre los extremos aguas arriba y aguas abajo del barraje vertedero afectado por un coeficiente. 11 Canal de Limpia 3. La longitud recomendada por la experiencia es tres veces la carga sobre la cresta. a menos que se realice un modelo hidráulico que determine otras condiciones. que debe ser mayor que el doble de la profundidad del dentellón más profundo. Su ubicación recomendada es perpendicular al eje del barraje vertedero y su flujo paralelo al del río y formando Un ángulo entre 60 y 90 con el eje de la captación. 3.5V (3. La magnitud de Vo está dada por la siguiente fórmula: Vo = 1. manteniendo siempre una separación entre ellos.1 Velocidad Requerida para el Canal de Limpia El canal de limpia es la estructura que permite reducir la cantidad de sedimentos que trata de ingresar al canal de derivación. : Es por este criterio que se busca alargar el camino de percolación de un dentellón aguas arriba y aguas abajo. Asimismo. En los referente al material que se acumula en el canal de limpia. La figura 19 muestra el perfil del barraje vertedero con los elementos dimensionados. que tenga la sección de la presa.11. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 35 de 47 . CL coeficiente de Lane. el flujo existente en el canal debe tener una velocidad (Vo) capaz de arrastrar estos sedimentos depositados. con el fin de alargar el camino de percolación así como dar mayor resistencia al deslizamiento y prevenir efectos de erosión. se acostumbra a poner zampeado aguas arriba del vertedero. en especial en épocas de avenidas.48) Ing. sobre todo cuando el suelo es permeable.5 c.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) Donde: LH. (Ver tabla 10). LV : suma de longitudes horizontales y verticales respectivamente. d1/2 = 1. así como la eliminación del material de arrastre que se acumula delante de las ventanas de captación. siendo 3.2 Ancho del Canal de Limpia El ancho del canal de limpia se puede obtener de la relación: B = Qc / q q = Vc3 / g (3. palizada. se recomienda que el ancho mínimo sea de 5 metros o múltiplo de este valor si se trata de varios tramos.). q : caudal por unidad de ancho.48) 3. en m3/s/m. situación recomendable para normar el ancho del canal de limpia. etc.2 pare arena y grava redondeada y 3.5 a 3.49) (3.50) Donde: B : ancho del canal de limpia. de 4. (Ver figura 21).UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) Donde: Vo : es la velocidad requerida para iniciar el arrastre. Basado en las experiencias obtenidas en ríos del Perú. en m3/s. sobre todo el material flotante (troncos. en m/s.11. V : velocidad de arrastre. La figura 20 presenta una gráfica de la ecuación (3. g : aceleración de la gravedad. Ing. en metros Qc : caudal a discurrir en el canal de limpia para eliminar el material de arrastre. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 36 de 47 . Este ancho sirve de referencia para el cálculo inicial pero siempre es recomendable que se disponga de un ancho que no genere obstrucciones al paso del material de arrastre.5 para mezcla de arena y grava. Vc : velocidad en el canal de limpia para eliminar el material de arrastre. d : diámetro del grano mayor. en m/s2. C : coeficiente en función del tipo de material.9 para sección cuadrada. 6 a 1.20 m. en m2/s. La fórmula recomendada para calcular Ia pendiente critica es: Ic = n2 .00 m/s Ancho de la zona de Limpia Se recomienda que sea un décimo de la longitud del barraje. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 37 de 47 .1 Criterios Generales Ya se ha definido la función del barraje vertedero y del canal de limpia. : aceleración de la gravedad.51) : pendiente critica.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) A continuación se menciona algunas recomendaciones sobre los parámetros o características del canal de limpia: a.50 a 3. b. 3.3 Pendiente del Canal de Limpia Es recomendable que el canal de limpia tenga una pendiente que genere la velocidad de limpia. Velocidad en la zona de Limpia Se recomienda que esté entre 1. en m/s2. c.11. Caudal en la zona de limpia Se debe estimar el caudal en la zona del canal de limpia en por lo menos 2 veces el caudal a derivar o igual al caudal medio del rió. siempre tratando de estar en un lugar donde el ingreso de Ing. Se debe recordar que. : descarga por unidad de ancho (caudal unitario).g10/9 / q2/9 Donde: Ic g n q (3. : coeficiente de rugosidad de Manning. a continuación se tratará de la estructura de captación o toma. Asimismo el extremo aguas abajo debe coincidir o estar muy cerca de la cota del colchón disipador. siempre el fondo del canal de limpia en la zona de Ia ventana de captación debe estar por debajo del umbral de ésta entre 0.12. 3. la cual está ubicada por lo general aguas arriba del barraje vertedero.12 Toma o Captación 3. 10m a 0.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) sedimentos sea en mínimo (ya se ha mencionado. que el ideal es el lado exterior de la parte cóncava de una curva).20m (material grueso). recomendándose que las rejillas de menor separación en la parte superior. En lo que respecta a su cimentación es recomendable que el lugar elegido reúna condiciones favorables de geología (es preferible buscar roca para asentar la estructura).1 2. Esta limpieza se recomienda que se haga mediante acción mecánica ya que cuando es manual en épocas de avenidas es casi imposible ejecutar con la frecuencia debida.1 Rejillas (Trash Racks) Su objetivo básico es impedir que los materiales de arrastre y suspensión ingresen al canal de derivación.2.2 Estructuras Componentes de Ia Toma Tal como se muestra en la figura 22. 3. Las rejillas platinas unidas mediante soldadura formando paneles. y dependiendo del tipo de material que se quiere impedir su ingreso la separación variará entre 0. las cuales deben ser consideradas durante el dimensionamiento de la altura del vertedero y en el cálculo del tirante en el canal de derivación. los cuales causan obstrucción y desborden aguas abajo de la captación. La principal objeción de colocar rejillas es que causa pérdidas. y de facilidad constructiva (objetivo básico para reducir los costos de construcción). de topografía (que disponga de una cota suficientemente a fin de disminuir las obras complicadas). Alfredo Mansen Valderrama Pagina 38 de 47 . La colocación de la rejilla puede ser vertical o con una pequeña inclinación de 1:1/4 para facilitar su limpieza.10m (material fino) y de 0. La separación entre rejillas se recomienda tomarla de eje a eje. describiremos las partes de una toma de acuerdo al sentido del flujo del agua derivado: 3.025m y 0. Ing.12. (sen A) . (3. : coeficiente de vertedero.2 Ventana de Captación La captación de agua se realiza mediante una abertura llamada ventana de captación debido a que se encuentra a una altura de 0. aunque es obvio que cuanto mayor sea ho menor será el ingreso de caudal sólido. como mínimo. Otros recomiendan ho > H/3.12.52) 3. (sec15/8 B) Donde: H T: V: A B D : pérdida de carga.2. (3. Sus dimensiones son calculadas en función del caudal a derivar y de las condiciones económicas más aconsejables.84 : longitud de ventana que por lo general se asume entre 3 a 4 m. L .60 m. en pulgadas. del piso del canal de limpia como mínimo (Ver figura 24). en este caso 1.60 m. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 39 de 47 .UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) La pérdida de carga que ocasiona una rejilla se puede calcular por Ia fórmula: H = 1. en pies/s (Se recomienda V = 1 m/s). se recomienda 0.V/D)2. en pulgadas : velocidad de ingreso a través de la rejilla. 23) : ángulo de aproximación (Ver figura 23) : separación entre ejes de cada platina. es preferible su determinación por la formula de vertedero: Q = c. : altura de la ventana de captación. h 3/2 Donde: Q C L : caudal a derivar más caudal necesario para operación del sistema de purga. : ángulo de rejilla con la horizontal (ver fig. en pulgadas : espesor de la platina (rejilla).53) h Ing. Para dimensionar la ventana de captación se debe tomar en cuenta las siguientes recomendaciones: Ho : altura para evitar ingreso de material de arrastre.32 (T. 1 2. En nuestra opinión. 3. sobre todo en épocas de avenidas. criterio que asume que siempre se va atener una sección trapezoidal o similar. Se recomienda una pendiente mayor de 2%.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) En conclusión. pero esto está limitada por la cota de salida que le permite al río.2. se le conoce como cámara de carga. considerando que se produce un resalto sumergido. (Ver figura 25) En lo referente a su diseño. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 40 de 47 . cámara de decantación a desripiador. los parámetros de la ventana de captación están íntimamente relacionados. pero siempre es necesario tener en cuenta el factor económico en el diseño.3 Cámara de Decantación o Desripiador Después que el agua rebosa el vertedero de la ventana de captación. para lo cual es necesario dar una fuerte pendiente paralela al flujo en el río. es preferible diseñar en función de generar una velocidad que permita un arrastre del material que pudiera ser decantado. Ing. es necesario atrapar o decantar el material que ha podido pasar a través de la rejilla. algunos autores lo dimensionan asumiendo que el espacio entre las ventanas de captación y las compuertas debe ser igual a la longitud del resalto. a esta estructura que realiza la decantación y aquietamiento del agua antes que éste ingrese a la zona de compuertas de regulación. 5 m/s. Para determinar la longitud requerida se aplica el siguiente criterio: L = (b1-b2) / (2tg12°30’) (3.15 a 0. conociendo V (del valor de diseño recomendado).8 A : área de abertura de la compuerta (m2) g : aceleración de la gravedad (m/s2) h : diferencia de niveles entre aguas arriba y a.54).UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) Asimismo es conveniente que la compuerta de limpia tenga una abertura capaz de descargar el caudal de derivación en el mejor de los casos. pero es practica común darle un ancho de 1.12. Asimismo se recomienda que Ia velocidad de diseño sea de 2.54) Ing. Por lo general se recomienda que el área total de las compuertas sea igual al área del canal conducto aguas abajo.0 a 2. A. Cuando se tiene una luz grande es conveniente dividir la luz en varios tramos iguales para disponer de compuertas más fáciles de operar. (2gh)1/2 = C. V Donde: Q : caudal que debe pasar por la compuerta (m3/s) C : coeficiente de descarga. 3.30 m) y luego se halla el valor de A.55) (3.4 Compuerta de Regulación Son aquellas compuertas que regulan el ingreso del caudal de derivación hacia el canal principal (ver figura 26). que a la vez permite reducir las pérdidas de carga.1 2.6 a 0.2. a la compuerta. A..2.5 Transición De acuerdo al criterio del diseñador. En (3. su valor está entre 0. abajo de la compuerta (m). se determina h (por lo general se estima entre 0. algunas veces se suele unir las zonas de las compuertas con el canal mediante una transición.50 m. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 41 de 47 . 3. El caudal que pasa por cada compuerta se calcula mediante la siguiente fórmula: Q = C. Por lo general los aliviaderos se colocan cerca de las compuertas de regulación. Esta estructura por lo general tiene un colchón o poza disipadora.( ver figura 27) 3. Ing.6 Estructuras de Disipación Coma producto de la carga de posición ganada por colocación de la cresta del vertedero de derivación a una altura sobre el lecho del río. tirante. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 42 de 47 .UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) Donde: b1 : ancho de la zona de compuertas b2 : ancho del canal de derivación 3. etc..13 Muros de Encauzamiento Son estructuras que permiten encauzar el flujo del río entre determinados limites con el fin de formar las condiciones de diseño pre-establecidas (ancho. se genera una diferencia entre el canal antiguo y la zona del bocal.2.7 Aliviaderos En algunos casos por mala operación de las compuertas de regulación ingresa mayor cantidad de caudal al canal de derivación. que es necesario controlar mediante la construcción de una estructura de disipación (ver figura 26).2.12. 3.12. para controlar esta situación no deseada es necesario colocar un aliviadero. remanso. que permite disipar dentro de la longitud de la poza de energía cinética adquirida del flujo y así salir hacia el canal de derivación un flujo más tranquilo. ver figura 28). 50 m por encima del nivel máximo de agua.L) de 0. se recomienda que su cota superior esté por lo menos 0.14 Diques de Encauzamiento En la mayoría de los casos. la cota del dique se debe colocar con un borde libre (B. es práctica común diseñar al volteo.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) Estas estructuras pueden ser de concreto simple a de concreto armado.50m por encima del tirante. deslizamiento y asentamiento. Ing. por un remanso hacia aguas arriba podría causar inundaciones a los terrenos ribereños. Su dimensionamiento esta basado en controlar el posible desborde del máxima nivel del agua y evitar también que la socavación afecte las estructuras de captación y derivación. Con respecto a su cota de cimentación. 3. Con la altura definida se puede dimensionar los espesores necesarios para soportar los esfuerzos que transmiten el relleno y altura de agua. En lo referente a la altura de coronación que estas estructuras deben tener. se recomienda que ésta debe estar por debajo o igual a la posible profundidad de socavación (ver diques de encauzamiento). La figura 29 presenta la sección típica recomendada. Para controlar esta situación se construyen diques de encauzamiento por lo general del tipo escollera si existen canteras de rocas en la zona del proyecto. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 43 de 47 . situación no deseada que se podría agravar si el río forma un nuevo cauce coma consecuencia del remanso y que podría dejar aislada a la bocatoma. al colocar un obstáculo (barraje) en un río. Su dimensionamiento se realiza en función de la altura que puede alcanzar el tirante del agua en la zona de remanso: usualmente. UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) 3.14. el primer gráfico nos da el diámetro de la roca para iniciar el movimiento. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 44 de 47 . : gravedad especifica de la roca. en Kg V : velocidad media en el cauce.5.75 x 10-3 V6 (3.1 Cálculo del Tamaño de Roca A continuación se presentan dos métodos que permiten dimensionar el tamaño medio del enrocado. en m/sg2 : ángulo del talud del dique (1:1.59) Donde: W : peso de la roca.56) (3.71 / (0. El primer método emplea la siguiente fórmula: Db = (b / Ω) . en m/s.57) (3. en kg/m3 : coeficiente (1.60) Ing.sen2a /sen2φ)1/2 Ω = ( γs-γa) / γa = (SG-1) Db V SG γs γa b g a φ : diámetro de roca.4 para nuestros ríos) : aceleración de la gravedad. en kg/m3 : peso especifico del agua. (1/f) Donde: f = (1 . (V2 / 2g) .68 Log (d/k) + 0.71) (3. en mm. en kg/m3 : peso especifico de la roca. ~ 33°) : ángulo de fricción interna (3. en m/s El segundo gráfico nos da la relación entre la velocidad media actuante sobre la roca (Vo) y la velocidad media en el cauce (V) mediante la siguiente fórmula: Vo / V = 0. : velocidad del río.58) El otro método recomendado es usando los gráficos de las figuras 30 y 31.64 Tn/m3 y en función de la fórmula: W=13. asumiendo peso especifico de la roca igual a 2. El proceso consiste en asumir un diámetro (k) y aplicando la ecuación (3. en m/s V2 : velocidad superficial. por lo general.V1/V2) Donde: H : profundidad de socavación. en m V1 : velocidad de socavación. D85f : diámetro del grano del material del filtro del cual el 85% de todos los granos son más pequeños.62) (3. la velocidad en el río (V) y se desea conocer el diámetro nominal de la roca (k) para resistir una velocidad media sobre ella. se conoce el tirante en el cauce (d).63) Donde: D15f : diámetro de grano del material de filtro del cual el 5% de todos los granos son más pequeños. Para calcular la profundidad de socavación se recomienda la siguiente fórmula: Hs =1. Es recomendable que el enrocado descanse sobre un filtro cuya misión es impedir que el agua al entrar en contacto con el talud se introduzca por los intersticios y que podría arrastrar el material conformarte del núcleo del enrocado. en m/s H : tirante en el río. luego se comprueba el valor del diámetro supuesto con la utilización del gráfico de la figura 30 que permite ajustar el valor del diámetro supuesto. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 45 de 47 . D85f / M = c.61) (3. D15b : diámetro de grano en el material de base del cual el 15% de todos los granos son más pequeños. Para el filtro en mención. Dl5f / D85b = b. a través del cual el filtro va a defender el arrastre del material conformarte del dique. D85b : diámetro del grano del material de base del cual el 85% de todos los granos son más pequeños.25 h (0. M : mayor dimensión de abertura entre rocas. La curva del material de filtro debe tener una graduación paralela al material de base apoyo.60) calcular (Vo).64) Ing.6 .UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) Este método se basa en que. en m (3. se recomienda que cumpla las siguientes especificaciones: D15f / D15b = a. 5 < a < 40 b≤5 c≥2 (3. h. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 46 de 47 . así se recomienda: a. Ing. Coeficiente de seguridad El coeficiente de seguridad del acero se puede asumir entre 3 y 4. c. f.50 m. Tirante de agua de rebose permisible 0.5 a 2.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) 3. Velocidad de izaje Se recomienda 30 cm/minuto.0m más alto que el máximo nivel de agua con la avenida de diseño. Altura El nivel de la corona de la compuerta debe estar 0. Tipo de izaje El uso de cables es recomendable cuando las luces son considerables y el de vástagos cuando las luces son pequeñas. g. el diseño de las compuertas ha caído en el campo de la ingeniería mecánica: pero es necesario que el aspecto hidráulico precise las condiciones que guíen el dimensionamiento de las compuertas de limpia gruesa.20 m. Altura de izaje La compuerta debe estar 1.15 Diseño de Compuertas de Limpia Gruesa Con el desarrollo de la tecnología peruana en la construcción de compuertas. d. Tirante máximo de agua de diseño Es aquel que se genera cuando Ia compuerta funciona tipo rebose libre (overfliw). e. es conveniente tener en cuenta que los costos aumentan cuando aumenta la velocidad de izaje. por encima de la cresta del vertedero. Plancha b.30 a 0. 72 para radiales. que permite el levantamiento de la compuerta de área (A). de peso (W) y con Ia utilización de un vástago de peso (w). (3. asumir 0. H : carga efectiva sobre la compuerta. g : aceleración de la gravedad.60 para compuertas deslizantes y 0.H . En 1o referente al dimensionamiento del área del tablero.UNI-FIC Diseño de Bocatomas (solo para uso académico) EI espesor mínimo debe estar entre 6 y 10 mm. Alfredo Mansen Valderrama Pagina 47 de 47 . w : peso del vástago. La siguiente formula permite calcular la fuerza necesaria que debe tener un mecanismo de izaje para levantar la compuerta: F = A . (2 g H )1/2) (3. se usa 0. Con el área (A) obtenida.7 como valor conservador.66) Ing.f + W + w Donde: A : área de la compuerta H : carga efectiva sobre la compuerta f : coeficiente de fricción. se puede calcular el tipo de mecanismo necesario para el izaje de la compuerta mediante la obtención de la fuerza de izaje total (F). W : peso de la compuerta. Se debe considerar siempre el efecto de corrosión. se recomienda usar la siguiente fórmula: A = Q / (c.65) Donde: Q : caudal que pasa a través de la compuerta A : área del tablero de la compuerta C : coeficiente de descarga.