UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO” ESCUELA DE CURSO TEMA DOCENTE : ALUMNOS INGENIERIA : : ACADEMICO PROFECIONAL AGRICOLA ESTRUCTURAS HIDRAULICAS II DISEÑO FINAL DE BOCATOMA Ing. JULIAN MEJIA : YAKELIN CHRIS BENAVENTE LAZO ALVERT PEJE QUESADA Huaraz- Ancash - Perú INTRODUCCION Para realizar un buen diseño de bocatoma es necesario realizar los estudios básicos tales como: Estudio Topográfico, Hidrológico, de Mecánica de Suelos o Geotecnia y también el de hidráulica Fluvial, los cuales conllevarán a que el diseño sea el adecuado. En la actualidad la agricultura que se practica en la mayoría de su extensión es a secano, aprovechando las lluvias estacionarias, sin embargo la agricultura es la actividad más importante de la población, desde el punto de vista económico, así como también es la actividad que absorbe la mayor cantidad de mano de obra. En el estudio Topográfico se muestra el levantamiento del cauce del río, su pendiente y los respectivos seccionamientos, asimismo se hace el estudio hidrológico considerando que el proyecto será para irrigación; y finalmente en el estudio de hidráulica fluvial se nos permitirá conocer las características del río, que son muy variadas, su estabilidad y también el transporte sólido el cual sirve para conocer la cantidad y calidad de los sedimentos transportados por la corriente, tanto como material de fondo como en suspensión Es necesario tener presente que la bocatoma es una estructura muy importante para el éxito de un proyecto. Si por una razón u otra se produce una falla importante en la obra de toma, esto significaría la posibilidad del fracaso de todo el Proyecto de Aprovechamiento Hidráulico. En consecuencia, tanto el diseño como la construcción, la operación y el mantenimiento de una obra de toma deben ofrecer el máximo de seguridad. EL GRUPO II.- OBJETIVOS: Determinar el caudal máximo, mínimo y promedio del río Determinar el caudal de diseño Realizar el diseño de la bocatoma III.- MARCO TEORICO BOCATOMAS (OBRAS DE TOMA, OBRAS DE DERIVACIÓN, OBRAS DE CAPTACIÓN) Son las estructuras hidráulicas construidas en un río o canal, con el objeto de captar, es decir, extraer, una parte o la totalidad del caudal que conduce. 3.1. Partes De Una Bocatoma Vertedero fijo o presa derivadota- . El vertedero o presa derivadora es estructuralmente un azud. Es una presa vertedora. Suele llamársele barraje. Su función es la de elevar el nivel del agua para alcanzar el requerido por las necesidades de captación. El azud crea la carga necesaria sobre el canal de derivación para que pueda ingresar el Caudal de Diseño. Es decir, obliga al agua a entrar a la captación.. En consecuencia, su altura sobre el lecho del río suele ser pequeña (algunos pocos metros). Vertedero móvil o barraje móvil. Es una estructura compuesta por una o más compuertas que permiten el paso de las avenidas de líquidos y de sólidos y además tiene la función de eliminar los sólidos que pudiesen encontrarse aguas arriba y frente a las ventanas de captación. La longitud total de los vertederos fijo y móvil debe ser la necesaria para el paso de la avenida de diseño. Compuertas de captación. Son las que regulan el ingreso de agua al canal de derivación. Pueden estar ubicadas como parte de las ventanas de captación, o, si hubiese un elemento decantador ubicado inmediatamente aguas debajo de las ventanas de captación, podrían estar ubicadas más hacia aguas abajo, en el ingreso al canal. En las bocatomas pequeñas puede tratarse de una sola compuerta. Pozas disipadoras de energía. Aguas abajo de los barrajes fijo y móvil es necesario disponer algún elemento que ayude a disipar la energía. Generalmente se disipa la energía mediante la formación de un salto hidráulico, para lo que es necesario disponer una poza. Inmediatamente aguas abajo, y como transición con el lecho fluvial, se coloca una protección de fondo a base de piedras a la que se le denomina rip-rap.. Muros guía. Son muros separadores que suelen ubicarse entre los barrajes fijo y móvil y aguas arriba de ellos. Pueden también extenderse hacia aguas abajo, separando ambas pozas disipadoras de energía. Canal desripiador. Es un pequeño canal paralelo a la corriente principal, ubicado junto a las ventanas de captación y que es normal a la dirección de la corriente que ingresa a la captación. Permite la eliminación de los sólidos cuando las circunstancias hidráulicas y topográficas lo permiten. Diques de encauzamiento. Se ubican aguas arriba y aguas abajo del eje de la presa de derivación, en la medida en la que las circunstancias topográficas lo requieran. Para que una bocatoma sea estable es necesario que lo sea el tramo fluvial en el que está ubicada.. Algunas veces los diques de encauzamiento se extienden a lo largo de varios kilómetros. 3.2. Clasificación De Las Bocatomas Las bocatomas pueden clasificarse: Por el material del que están hechas (concreto, piedra, tierra, madera, “champas”, ramas, etc.). Por su vida útil (permanentes, temporales) Por su forma y diseño (barraje total, barraje parcial, espigones, barraje móvil, barraje sumergido o del tipo Tirolesa). Por el método de construcción (concreto armado, emboquillado, mampostería, gaviones). 3.3. Funciones de las bocatomas Las bocatomas deben cumplir las siguientes funciones: Garantizar la captación de una cantidad constante de agua, especialmente en épocas de estiaje. Impedir, hasta donde sea posible, el ingreso de materiales sólidos y flotantes, haciendo que estos sigan el curso del río o facilitando la limpieza. Proteger el resto del sistema de obras hidráulicas del ingreso de avenidas o embalses que pudieran producirse en las épocas lluviosas. 3.4. Finalidad: La finalidad es uno de los muchos criterios que existen para la clasificación de las obras de toma. Desde el punto de vista de su finalidad las obras de toma se clasifican en función de las características del proyecto al que sirven. Es así como se tiene: a) Obras de toma para abastecimiento público b) Obras de toma para irrigación c) Obras de toma para centrales hidroeléctricas d) Obras de toma para industria y minería e) Obras de toma para otros propósitos f) Obras de toma para uso múltiple 3.5. Ubicación: El estudio de ubicación de la toma debe ser muy cuidadoso para evitar problemas de erosión y alteraciones del cauce como consecuencia de socavaciones y rellenos por decantación de sedimentos, al haberse alterado las condiciones normales del régimen de aguas del río Para la ubicación de la bocatoma se debe analizar los siguientes aspectos. a) Volumen del río y volumen derivado: Para ubicar la toma es preciso la comparación entre la masa media del río y la por derivar al proyecto, se presentan los siguientes caso 1. Superficie de riego grande y volumen de río escaso 2. Superficie de riego y el volumen de río disponible balanceados 3. Superficie de riego limitada y volumen disponible abundante En el primer caso para ubicar la toma se selecciona la zona más adecuada de toma de río y desde ese punto se traza el canal de derivación hacia las áreas por regar. En el segundo y tercer casos se ubica un punto alto en las áreas por regar, desde el cual se traza el canal con rumbo al río con pendientes correspondientes a la velocidad de erosión y a la de sedimentación, en este espacio se elige la ubicación más favorable. b) Alineamiento del Cauce: Se debe considerar los siguientes Alineamiento del río recto, procurando que la orilla donde se ubique la toma tenga un calado constante. En tramos curvos se escogerá la parte cóncava Tramos angostos 3.6. Estudios en la Ubicación de la Bocatoma: Se realizan los siguientes estudios: a) Topografía. - Levantamiento topográfico del río a partir del eje de la bocatoma - Pendiente del río - Seccionamientos cada 25 o 50 m b) Estudio Hidrológico - Se determinan caudales máximos, mínimos y medios c) Estudios Geológicos y geotécnicos - Estudios geológicos - Análisis de Suelos (parámetros de diseño) d) Hidráulica Fluvial - Transporte de sedimentos de fondo y en suspensión IV.- MATERIALES Y METODOS 4.1. Materiales: Carta Nacional a escala 1/100000 Software Autocad 2008 , CIVIL 3D 2008 UBICACION: 2.1 Política: Región 2.2 : Ancash Provincia : Huaylas Distrito : Santa Cruz Localidad : Huancarhuas. Zona : Sierra Altitud : 3940.83 m.s.n.m. Sector : Cordillera Blanca Latitud Sur : Entre 08º 52´´00´´ Longitud Oeste : Entre 77º 43´ 00´´ Altitud : 3940.83 m.s.n.m. Sector : Cordillera Blanca Geográfica: 4.2. MÉTODOS 4.2.1. ESTUDIO HIDROLÓGICO CÁLCULO DE CAUDALES.Para el diseño de la bocatoma es necesario calcular el caudal máximo A) Caudal Máximo.- El caudal máximo se obtuvo los datos hidrológicos de la estación colcas que esta en la misma cuenca aplicando el programa Hidroesta - método estadístico de Gumbel, se ordenaron los caudales máximos mensuales anuales en forma descendente, con un registro de (1953-1982), Los caudales máximos obtenidos son para un periodo de retorno de 25 años. B) Caudal de Demanda: se asumió un caudal de 0.7 m3 pero debería calcularse de la siguiente forma: Se obtuvo en función a la cédula de cultivo la demanda de agua del proyecto, se efectuó el cálculo de la Evapotranspiración Potencial mediante el Método de Hargreaves, usando los parámetros meteorológicos (precipitación mensual, temperatura mensual, humedad relativa mensual) ETP=MF*TMF*CH*CE Donde: ETP= Evapotranspiración Potencial en mm/mes MF= Coeficiente mensual de evapotranspiración que se encuentra en función de la latitud. H=Altitud promedio de la zona en estudio msnm. CH= Factor de Corrección por Humedad Relativa del aire, cuando la humedad es menor de 64% se asume CH=1. Cuando la humedad relativa es mayor al 64% CH= 0.166(100-HR) ^0.5. C) Cédula de Cultivo: La cédula de cultivo para la zona de estudio, se ha definido considerando lo siguiente: Cultivos tradicionales Fechas posibles de siembra y cosecha de los cultivos D) Coeficiente de Uso Consuntivo Kc: El uso consuntivo, es uno de los factores más importantes tanto para establecer la demanda de agua de los sistemas de riego como para determinar los intervalos entre riego. E) Evapotranspiración Real (ETR) La Evapotranspiración Real es el uso potencial del Agua por los cultivos agrícolas incluyendo la pérdida directa de la humedad del suelo y de las plantas. ETR=Kc* ETP 4.2.2. ESTUDIO DE HIDRAULICA FLUVIAL a) COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DEL CAUCE: Se ha utilizada el procedimiento de Cowan para estimar el valor de n que está dada por la siguiente expresión. n= (n0+n1+n2+n3+n4)*n5 Donde n0= Es un valor básico de “n” para un canal recto, uniforme y liso n1= Es un valor agregado a n0 para corregir el efecto de irregularidades de superficie n2= Es un valor para las variaciones en forma y tamaño de la sección transversal del canal n3= Es un valor de corrección debido al grado de obstrucciones n4= Es un valor de corrección por presencia de vegetación y condiciones de flujo n5= Es un factor de corrección para los meandros b) CARACTERÍSTICA HIDRÁULICA DEL RÍO Con las secciones del cauce del río y con el valor del ancho de encauzamiento se han determinado las características hidráulicas del cauce para el caudal de máximas avenidas, mediante la siguiente ecuación Q=AR2/3S1/2/n V.-CONCLUSIONES: Según los datos hidrológicos, para un tiempo de retorno de 50 años tenemos: Caudal Máximo de diseño: 11.37 m³/seg. Caudal Medio de Río : 5.66 m³/seg Caudal mínimo : 2.30 m³/seg Caudal de Captación : 0.7m³/seg Coeficiente de rugosidad del río es 0.024 Dimensionamiento del Barraje: Altura de barraje: 1.25m Altura total: 2.32 m Ancho de barraje: 9.45m Longitud de la poza disipadora: 2.2m Espesor de la posa disipadora : 0.5 VI.-BIBLIOGRAFIA: ROSELL CALDERON César Augusto ROCHA FELICES Arturo IRRIGACION Exposición sobre Bocatomas (XI Congreso Nacional de Estudiantes de Ingeniería Civil (CONEIC), Piura) VILLON BEJAR, Máximo. “HIDROLOGÍA”, Publicaciones del Instituto Tecnológico de Costa Rica, 2º Edición, 2002.
